Artikel: Hoe belangrijk is thermische massa voor ‘passiefhuizen’?
ECO+BOUW op het CE festival
Circulaire Economie Festival 16 mei 2019 | Vasim, Nijmegen
14 april 2019

door Jae Cotterell (vertaald vanuit het Engels)

Hoe groot is de rol van toenemende thermische massa bij oververhitting van energie-efficiënte huizen? Deze vraag geeft aanleiding voor toenemende bezorgdheid. Oververhitting is een van die potentiële ‘onvoorziene’ gevolgen die een risicomijdende markt als deze onrustig maakt. Wat is jouw visie hierop als ontwerper of deskundige?

Sommigen zien massa als een essentieel middel om de zomerse warmte te beheersen, en hebben het gevoel dat het belang hiervan toeneemt omdat het klimaat steeds verder opwarmt. De huizen die wij nu bouwen zouden minimaal zestig jaar mee moeten gaan, tot 2080 dus. Zal de wereld dan drie graden Celsius warmer zijn? Een hoogleraar klimaatwetenschappen adviseert zijn studenten om zich voor te bereiden op een wereld die tijdens hun leven maar liefst vier graden warmer zal zijn… In het licht van deze uitdagende voorspelling wil ik graag mijn gedachten delen over de rol van thermische massa.

‘Warm’, de organisatie die passiefhuizen certificeert, stelt voor om de prestaties op het gebied van oververhitting van elk nieuw project te testen aan de hand van PHPP-software en klimaatgegevens van Londen. Door het hitte-eilandeffect is Londen warmer dan de meeste andere plaatsen in het VK (het gaat gemiddeld om een graad of twee), en leent zich daarom goed voor gebruik als een 2050-scenario búiten de grote steden. Een huidig PH15-project kwam met deze data uit op een verhoogd percentage van oververhitting (jaarlijkse uren boven de 25 graden celsius) van 1,7 naar 5 procent. Dat is een flinke sprong en wanneer we naar andere projecten kijken, kunnen we vergelijkbare stijgingen verwachten. Als jouw passiefhuis-project was ontworpen om te presteren bij 5 tot 10 procent oververhitting – gebaseerd op de huidige klimaatprofielen en dus binnen de voor passiefhuizen toegestane grenzen – dan zou je in de praktijk rekening moeten houden met significante periodes van oververhitting in de nabije toekomst. Deze projecten ontkomen op termijn waarschijnlijk niet aan ingrijpende renovatie op het gebied van koeling.

In hoeverre kan een zware constructie (metselwerk bijvoorbeeld) helpen om oververhitting te minimaliseren? De warmte in de binnenruimte kan overdag in het materiaal worden opgeslagen (zoals bij een batterij), vooral als de lucht het oppervlakte van het materiaal raakt. En wanneer de binnenlucht ‘s avonds begint af te koelen, komt de warmte weer vrij. Hierdoor krijg je een dempend effect op de gebruikelijke dagelijkse temperatuurschommelingen, en verlaag je de piektemperatuur binnen.

De gevolgen van thermische massa kunnen complexer zijn dan je in eerste instantie zou denken. Dat geldt helemaal wanneer je een gebouw hebt waarbij de dagelijkse temperatuurschommelingen al gedempt zijn door de toepassing van de ‘fabric first’-benadering voor passiefhuizen. In een passiefhuis zal ongecontroleerde ventilatie de binnenlucht ‘s nachts niet koelen (omdat deze ventilatie er niet is!), en moet er daarom op actieve wijze gekoeld worden. Dat kan bijvoorbeeld door een raam bovenin bij het dak te openen zodat de warmte via het dak ontsnapt. Wanneer deze warmte niet vrijkomt (denk bijvoorbeeld aan een vakantie van twee weken), dan zal de thermische massa alsmaar doorgaan met het opslaan ervan. Hoe lang zal het wel niet duren voordat je deze warmte weer kwijt bent wanneer je terugkomt? In dit geval zal te veel thermische massa de problemen met oververhitting dus zelfs doen toenemen.

In dit kader is het belangrijk te bepalen hoeveel thermische massa je nodig hebt om het gewenste effect te bereiken. Uit testen blijkt dat het overbrengen van de warmteopslag op een diepte van 50 millimeter  plaatsvindt. Een beperkte diepte van het juiste materiaal kan dus net zo effectief zijn als een betonnen plaat van 150 millimeter diepte. Met deze beperkte diepte voorkom je een te grote capaciteit voor de ‘batterij-opslag’ van het materiaal. Een ideaal materiaal hiervoor dat mij zo te binnen schiet is kleipleister (wat de vochtigheid dempt en zo een optimale – comfortabele en gezonde – luchtvochtigheid creëert). Enige thermische massa blijkt bijna altijd bij te dragen, maar op basis van de studies die ernaar zijn gedaan, krijg ik de indruk dat een ‘less is more’-benadering de beste aanpak is, al helemaal als het gaat om ‘fabric first’-gebouwen. Om thermische massa te krijgen, hoef je in ieder geval niet terug te vallen op een traditionele baksteen-constructie. Voor baksteen heb je immers grote hoeveelheden materialen met een relatief hoge energieopslag nodig.

Ook het thermische gedrag van de materialen aan de buitenkant van het gebouw, en de snelheid waarmee deze materialen warmte naar de binnenzijde transporteren, zijn van invloed op de binnentemperatuur. Bij de berekening van de thermische weerstand worden niet alle relevante verschillen in gedrag van de materialen meegewogen. Ik doel daarmee specifiek op de vertraagde afname van warmte: de eigenschap van sommige materialen om temperatuur een tijdje vast te houden, alvorens de warmte aan de structuur over te brengen. Ik ga ervan uit dat dit vergelijkbaar is met de warmteopslagcapaciteit. Houtvezel is zo’n materiaal met een sterk vertraagde afname van warmte (terwijl een op olie gebaseerde isolatieplaat juist een slechte keuze zou zijn). Het gebruik van houtvezel als buitenste laag (in het bijzonder op een dak waar de krachtige middagzon op schijnt), levert als voordeel op dat het de overdracht van warmte naar de binnenzijde vertraagt, zeker wanneer je met de juiste diepte van het materiaal dit effect maximaliseert (met PH15 voegen wij 60 millimeter toe). De invloed van vertraagde afname van warmte is een belangrijke reden om geen op olie gebaseerde isolatiematerialen, dat wil zeggen SIPS-panelen, met een houten frame te gebruiken. Deze constructies met een lage thermische massa bereiken weliswaar betere waarden voor de thermische weerstand bij minder diepte, maar dragen niet bij aan het verlagen van het risico op oververhitting.

De rol van thermische massa is minder belangrijk in een passiefhuis, omdat de dagelijkse temperatuurschommelingen hier afdoende zijn aangepakt. Bij het ontwerpen is het van het grootste belang om te voorkomen dat de zomerse hitte het interieur überhaupt bereikt (door middel van geschikte beglazing, vertraagde afname van warmte en vaste bronnen van schaduw) en een rigoureuze toepassing van de ‘fabric first’-principes. Een hogere thermische massa zal normaal gesproken leiden tot een lager percentage voor oververhitting, hoewel de invloed kleiner is dan je zou verwachten. Maar het kan het behoud van hitte ook bemoeilijken, in het bijzonder bij een passiefhuis. Gegeven al deze factoren, denken wij dat een constructie met een gemiddelde hoeveelheid thermische massa, zoals PH15 (een houten frame met natuurlijke isolatiematerialen zoals houtvezel en cellulose), een gepaste keuze is voor het bestek. Verder raad ik aan om een laag, niet dieper dan 50 millimeter, te gebruiken aan de binnenzijde van het gebouw. Op dit moment zou ik ervoor kiezen hier en daar kleipleister toe te passen (niet overal, want de klei is duur). Ook hebben wij besloten om een protocol op te zetten waarmee we alle PH15-projecten kunnen testen en op basis hiervan effectiever kunnen adviseren over de risico’s van oververhitting. Dit is volgens mij essentieel wanneer je rekening wilt houden met de te verwachten hogere temperaturen als gevolg van klimaatverandering binnen de levensloop van onze gebouwen.