De energiesparende passiefhuis techniek

Klimaatverandering en koolstofdioxide

Als men verder kijkt dan zijn neus lang is, dan wordt de beslissing voor een bouwproject nog op basis van andere criteria vastgesteld dan alleen op de korte termijn kosten. Figuur 2 toont de ontwikkeling van het broeikasgas koolstofdioxide (CO2) in de atmosfeer: De stijging van de laatste 30 jaar heeft dezelfde lijn als de stijging van de 200 jaar daarvoor.

“Bij constante toename van het energieverbruik zal waarschijnlijk het CO2 gehalte in de atmosfeer verdubbelen. Hieruit berekend men een globale opwarming van de atmosferische grenslaag van 1,5 – 3 °C. Een stijging van de globale temperatuur met reeds 0,1 ° C kan bijvoorbeeld de klimatologische woestijn grens 50 – 100 km verplaatsen.”(23)

“Zonder tegengaande maatregelen zijn ingrijpende veranderingen te verwachten, met name een herverdeling van de neerslag zones en een stijging van de zeespiegel van 65 cm tegen het jaar 2100.” Citaat uit (24)

hoofdoorzaak

De koolstofdioxide-emissie wordt veroorzaakt door de verbranding van fossiele brandstoffen.

90% van de door het huishouden veroorzaakte CO2emissie ontstaat door de verwarming en warmwater bereiding.Als men bouwers en projectontwikkelaars wijzen op de mede verantwoordelijkheid voor het milieu en een beroep doet op energiebesparing, dan is het meestal niet bekent, welke essentiële bijdrage zij kunnen leveren aan het terugdringen van vervuiling:

figuur 3

Een eengezinswoning met 140 m2 verwarmde oppervlakte, die net voldoet aan de eisen van de nieuwste energiebesparende voorschriften, veroorzaken alleen al tijdens het verwarmen van het huis een gemiddelde emissie van 2.7 ton koolstofdioxide in het jaar.
Het is reeds bekend, dat bij het verbranden van een kilo bruinkolen 4 kg CO2 ontstaat, bij een kilo steenkool 3,3 kg, bij een liter lichte stookolie 2,7 kg en zelfs bij het milieuvriendelijke aardgas toch nog 1,85 kg CO2 per m3.

Hoe ontstaat uit een liter stookolie 2,7 kg CO2?:

Bij een volledige verbranding van fossiele brandstoffen reageren de brandstoffen koolstof (C) en waterstof (H), ook wel CH-verbindingen met zuurstof (O2). Waarvan het relatief hoge gewicht voor het eerst waarneembaar is, wanneer een CH-verbinding vloeibaar wordt. Hoe meer koolstofatomen in een CH-verbinding zitten hoe meer zuurstof er nodig is voor een volledige verbranding. Tijdens deze verbranding worden de CH-verbindingen die reageren met zuurstof, omgezet in water (H2O) en koolstofdioxide (CO2). In stookolie zitten veel meer koolstofatomen en is bij een volledige verbranding meer zuurstof nodig en ontstaat er veel meer koolstofdioxide dan bij verbranding van gas. Zo ontstaat uit een gewichtseenheid stookolie bijna het drievoudige gewicht van de milieuonvriendelijke koolstofdioxide

Verbruiksituatie nieuwbouw

Zelfs een nieuw gebouw dat aan de huidige Duitse eisen van energiebesparende voorschriften voldoet, veroorzaakt echter nog een koolstofdioxide-emissie van 20 kg/m2 per jaar, ofwel 8 m3 gas verbruik per m2 verwarmde oppervlak. Geen enkele oudbouw eigenaar kan men voor de emissie gevoelige bouwmethode een verwijt maken, want op dat moment was de milieuschadelijke werking van koolstofdioxide nog niet voldoende bekend. Vandaag de dag zou men een eigenaar mogelijkerwijs een verwijt maken, omdat de problemen voldoende zijn besproken en bekend zijn.

Verbruiksituatie passieve huis van de consumptie

Het doel van de passiefhuis technologie is, naast het reduceren van het energieverbruik, het gebouw grotendeels met “passieve” energiebronnen te verwarmen. Dit zijn energiebronnen die, sowieso beschikbaar zijn, geen verdere koolstofdioxide emissie veroorzaken en ook geen lopende stookkosten hebben. De “actieve” verwarming is tot een minimum gereduceerd en wordt ook slechts enkele weken per jaar gebruikt. Bij een eengezinswoning is dat een geïnstalleerde verwarmingsvermogen van ongeveer 2 kW, vergelijkbaar met het
Figuur 5
vermogen van een koffiezetapparaat. Omgerekend zou dit een maximaal verbruik van 15 kWh per jaar per m2 verwarmd oppervlak betekenen. Uit Figuur 5 kan men de omvang van de besparingen zien:

Een passiefhuis verbruikt ca. 80% minder energie voor verwarming dan een gebouw in de nieuwste energiebesparende regelgeving.
Al een doorsnee passief eengezinswoning bespaart aan het milieu over een levensduur van meer dan 50 jaar ca. 100 ton koolstofdioxide.

Geschiedenis passiefhuis

Altijd al waren creatieve architecten gefascineerd door de uitdaging om huizen te bouwen, die zonder buitenstaande verwarmingsbronnen werken.

1965: De geïllustreerde MIT-huis stond voor een hele generatie uit de jaren 60: Met 38 m2 zonnecollectoren en een 66 m3 grote reservoirtank, die 1 m (100cm) dik geïsoleerd werd, wilde men de zomerwarmte tijdens de winter opslaan! Geen van de geconstrueerde objecten functioneerde tevredenstellend of was betaalbaar.

1980: Isorast ontwikkeld een eigen zonnesysteem: Door middel van een dakcollector met glazentegels moet de warmte in de zomer naar de bodem onder de vloer worden gestuurd en dan in de winter supplementair beschikbaar zijn. In de winter ontneemt dan een warmtepomp de energie uit de grond en brengt deze tot een temperatuur van 45 °C. Ongeveer 30 gebouwen werden uitgerust met dit systeem. De grote markt doorbraak bleef uit omdat de technologie te complex was. Conclusie die hieruit getrokken kon worden is dat een toekomstig succesvol zonnesysteem zonder grote technische inspanning te realiseren moet zijn.

1985: De Duitse bouwfysicus en energiebesparingexpert Wolfgang Feist werd door de toenmalige minister van Milieu Joschka Fischer op het Darmstadt “Instituut voor Wonen en Milieu” benaderd. Onderzoekstaak was, onder meer: “Zijn bijna-nul-energiewoningen in midden Europese breedtegraden haalbaar?”

1988:

Wolfgang Feist legt de bevindingen van de Zweedse bouwfysica goeroe Prof. Dr. Bo Adamson als basis, die al “bijna-nul-energiewoningen” in India verwerkelijkt heeft . Wolfgang Feist ontwikkelde computersimulators, waarmee men berekenen kan, onder welke omstandigheden dergelijke gebouwen ook in onze breedtegraad kunnen functioneren.

1990:

In het verleden werd er meer aandacht besteed aan de energieproductie dan aan de energie besparing. Hierdoor ontwikkelde zich een basis bij een wegwijzend zonnesysteem in een dorp in de buurt van Hannover: De muren waren 30 cm en het dak 40 cm dik geïsoleerd. In het midden van het gebouw plaatste men een 10.000 liter geïsoleerd water reservoir, die de zonnewarmte voor verwarming in de winter opslaat. Het zonnehuis was op het juiste weg: Voor het eerst is aangetoond dat het besparen van energie goedkoper is wanneer de energie via de zon wordt geproduceerd. Uiteindelijk mislukte ook hier de uitvoering van verdere gebouwen wegens de technische complexiteit en de hoge kosten.

1993:

Isorast biedt voor de eerste keer een isorast-element aan met een U-waarde van 0,16 W/(m2K). Een reeks bouwers die met dit product gebouwd hadden maakten later de beschuldiging: “Waarom hebben we eigenlijk zo veel geld geïnvesteerd in een compleet verwarmingssysteem? We gebruiken nauwelijks brandstof. Twee of drie kacheltjes zouden het ook gedaan hebben.”

1995:

Wolfgang Feist legt Manfred Bruer zijn passiefhuis idee voor. M. Bruer is onder de indruk van de eenvoud van de techniek. Tegelijkertijd werd duidelijk dat passiefhuizen aanzienlijk goedkoper kunnen worden als de industrie serie producten daarvoor produceert. M. Bruer besloot na dit gesprek, om actief deel te nemen aan het passiefhuis idee en een speciaal kostengunstig wandsysteem daarvoor te ontwikkelen. Dit waren de 37,50cm isorast elementen.

1995:

isorast sponsort voor 100% het boek “Grondslagen van het ontwerp van passiefhuizen” door Dr Feist. Voor de eerste keer werd de gecombineerde kennis in een begrijpelijke vorm samengevat. Dit was de eerste stap voor de omvangrijke verspreiding van het idee.

Afb. 4: De prestigieuze jury bij de presentatie van de ontwerpen: van links naar rechts: Prof. Loeschke, Dr. Feist, Prof. Hauser, Dipl.-Phys. Werner, Prof. Disch, Prof. Laage, Prof. Kahlert, Horst Rasch, Prof Pohl, Prof Hausladen, M. Bruer, Prof Bott, Dr. Siegler

1996: Het was bekend dat het passiefhuis idee functioneerde bij rijtjeshuizen. Vrijstaande eengezinswoningen waren nog niet gebouwd. Op hetzelfde moment was er het probleem dat de architecten geïnteresseerd waren, maar de stimulatie miste om met het onderwerp mee te gaan. Isorast organiseerde daarom een internationale architectuurwedstrijd, die zich wegens zijn omvang en zijn kwaliteit een van de grootste architectonische wedstrijden ooit werd: Maar liefst 1.400 aanvragen om de kosten de vergoeden op basis van concurrentie werden aangevraagd, 233 architecten en architectuur studenten van de bovenste semesters namen deel, 50 werken werden bekroond.

2000: Isorast begint met de bouw van eigen passiefhuizen. Het project werd door het federale ministerie van Economie ondersteund en begeleid.

2002: Ondertussen zijn er al 100 passiefhuizen met de isorast bekistingelementen gerealiseerd.

2003: De U-waarde van het 37,50 cm element werd verbetert door het nieuwe BASF materiaal “Neopor” toe te passen, de U-waarde daalt van 0,14 naar 0,12 en wordt daarmee het standaardelement voor passiefhuizen.

Geschiedenis passiefhuis

Een passiefhuis is een gebouw waarin het jaarlijkse verbruik voor verwarming niet meer dan 15 kWh per m2 verwarmde woonoppervlakte is.
Een passiefhuis is een gebouw, dat geen traditioneel verwarmingssysteem nodig heeft.
Met een passiefhuis wordt de benodigde restwarmte via de luchttoevoer van het toch al geïntegreerde ventilatiesysteem in de ruimtes getransporteerd.

Bericht van een bezoeker van Darmstädter passiefhuizen in November 1996

Het was begin november, ijskoud, rond de nul graden. Ik liep samen met een groep bezoekers over de ijzige plassen van de bouwplaat en bevroor, ondanks mijn dikke gevoerde winterjas. In het passieve huis hing vervolgens een gezellige warmte: De thermometer toonde 21 ° C. De gastvrouw verzekerde, dat ze erg kou gevoelig is en dat het altijd goed warm moet zijn in de woning. Een bezoeker ontdekt op dat moment de enige kleine radiator die aanwezig was in de woning, in de veronderstelling dat deze zeker een essentiële warmte bijdrage geleverd had. Maar verre van dat: Hij was niet eens in werking. In het display op de thermosstatische afsluiter las men “off”. De gastvrouw verzekerde ons dat de verwarming in de tweede helft van het jaar nog niet in werking is geweest. Alle bezoekers schudden hun hoofd en spraken van een wonder … “

Warmteverlies en warmtewinning

Figuur 11 geeft het antwoord dat het zogenaamde wonder met een “warmtestroombalans” gemakkelijk kan worden verklaard. Met figuur 11 kan worden nagaan waar die door de bezoekers zo opvallende warmte in november zonder hulp van een verwarming vandaan is gekomen.

Warmteverliezen en -winning bij laag energiehuizen

Zie de twee linker balken in het diagram:

Verliezen ontstaan door raam ventilatie, bij de transmissie door de muren, door beglazing en raamkozijnen.
Winning ontstaat zich hoofdzakelijk door de verwarming.
Essentieel: Ongeveer 40% van de warmte wordt ook bij een laag energiehuis door andere energiebronnen geproduceerd:
Interne bronnen: Warmte afkomstig van mensen (elk mens geeft bij een lichte inspanning ongeveer 100 Watt aan warmte af), de warmte afkomstig van lampen, de warmte afkomstig van de koelkast, de diepvries, het fornuis en andere huishoudapparaten.
Bijna een derde van de warmte die nodig is in een laag energiehuis wordt via de ramen geproduceerd. Elk raam werkt als een zonnecollector: Zelfs in diffuus licht, dat door de ramen in de kamer dringt, wordt bij het raken van vaste voorwerpen in warmte omgezet. Deze passieve zonnewinsten zijn bij ramen richting het zuiden in laag energiehuizen ongeveer net zo groot als de verliezen die tijdens de nacht, als er geen zonlicht is, ontstaat

Warmteverliezen en –winning bij passiefhuizen Zie de twee rechter balken in figuur 11:

De interne winsten en zonnewinsten door de beglazing zijn net zo groot als in de hierboven genoemde laag energiehuis, omdat beide huizen identiek zijn in de architectuur.
Het bepalende verschil ligt aan de verlieskant:
De ventilatiewarmteverliezen worden meer dan 80 % verminderd, omdat men een hoog intelligente ventilatietechniek gebruikt.
De transmissiewarmteverliezen van het gebouw zal worden gehalveerd door het gebruik van wezenlijk hogere thermische isolatie en het vermijden van thermische bruggen.
De verliezen door de beglazing zijn meer dan gehalveerd door de nieuwste glastechnologie.
De verliezen over het raamkozijn worden door de ontwikkeling van hooggeïsoleerde producten met tweederde verminderd.
Niet benutte aanbod: Hieronder verstaat men de warmte van de zonnige dagen in de winter die, bij een zo goed geïsoleerd gebouw, ook bij passief huizen, minder genuttigd kan worden en weg geventileerd wordt.
En nu het alles beslissende verschil: De te produceren warmte (de rode balk in het diagram) ligt bij een passiefhuis bijna tegen de nul, dat omdat de verliezen zo drastisch geminimaliseerd worden.
Niet energie winning, maar de consequente minimalisering van het verlies is de ziel van het passieve huis. “De meest milieuvriendelijke energie is energie die helemaal niet nodig is.” Daardoor functioneert een passiefhuis ook in de koude en zomer arme gebieden. Hieronder zal nu een voor een worden beschreven, door welke middelen de verliezen zo drastisch verminderd kunnen worden.

De omhulling

Delen 1 en 2 van de technische brochures handelen naar een professionele, thermische brugvrije gebouwomhulling. Indien de uitvoeringsadviezen niet gevolgd worden, veroorzaakt dat bij een huis met traditionele verwarming niet meteen tot een merkbaar tekort. Is er een naad niet gesloten of ontstaat er een thermische brug, compenseert de extra toegevoegde warmte het tekort. In een passiefhuis, die bekend staat om slechts een beperkte verwarming, wordt daarentegen de ruimtetemperatuur onbehaaglijk. In een passiefhuis bestaat de drang naar perfectie:

Het passiefhuis is door de gestelde eisen en door de gedwongen noodzakelijke perfectie, het hoogst mogelijke streven van de bouwtechnologie.

vereisten: Zeer goede isolatie

Buitenmuren van passiefhuizen vereisen U-waarden tussen 0,10 en 0,15. Dit komt overeen met een isolatie dikte van 2540 cm; voor Duitsland ongewoonlijk, in Noord-Europa is dit vrijwel standaard. Deze eisen zijn met isorast eenvoudig te behalen: De 37,5 cm isorast elementen met een U-waarde van 0,12 zijn ideaal voor rijtjeswoningen, verdiepingsbouw en compacte eengezinswoningen, de 43,75 cm isorast elementen met een U-waarde van 0,10 voor alle andere gevallen.

Vereisten: De compactheid

Een passiefhuis moet compact ontwerpen zijn: Hoe minder oppervlakte van de gebouwomhulling voor dezelfde woonruimte nodig is, hoe lager het warmteverlies. Uitkragende erkers en aanbouw binnen de “thermische omhulling” zijn ongunstig. Zij moeten buiten de thermische omhulling aangebracht worden.

Vereisten: Thermische brug vrij

In de passiefhuis technologie is er een eenvoudige regel om rekening te houden met thermische bruggen:

Voor de berekening van de warmteverliezen van de gebouw omhulling worden de externe afmetingen gebruikt.

Daarmee is de omhulling iets wat over gemeten, want eigenlijk moet de binnenkant van de omhulling gemeten worden. Dit betekent echter ook dat een aansluiting bij een passiefhuis alleen zo weinig energie verbruiken kan, als het warmte verlies in evenwicht is met de bescheiden over meting, namelijk minder dan 0,01 WK per m1 aansluiting. Alle aansluitingsdetails die straks worden afgebeeld, voldoen aan al deze eisen en zijn gekenmerkt met het embleem uit figuur 14. Wordt deze waarde in geringe mate overschreden, dan wordt erbij genoteerd: “rekening houden met WBV”.

Vereisten: Luchtdichtheid

Alternatieve vertegenwoordiging voor de vele verslagen van de deskundigen werd geciteerd uit het boek “Grondslagen van het ontwerp van passieve huizen” (25)citaat: “Gebouw omhullingen moeten luchtdicht zijn. Dit belangrijke principe is vastgelegd in de desbetreffende bouwnormering DIN 4108 – desondanks zijn er om geen enkel andere eigenschap van de omhulling hevigere
discussies geweest als om de luchtdichtheid. De kern van het opeenstapelen wordt door een verkeerd idee beïnvloed, die is dat door de voegen van de omhulling

voldoende ventilatie van gebouwen kan worden gegarandeerd. De uitwisseling van lucht door buitenvoegen verhoud zich namelijk met de winddruk en de temperatuurhoogte in een zeer breed bereik. Zelfs bij zeer ondichte gebouwen, waarin een matige wind al aanzienlijk trekt, zal bij windstil weer en zachte weersomstandigheden een de luchtuitwisseling hebben dit onvoldoende is voor een plezierige leefcomfort. Daarom heeft de uitwisseling van lucht een aantal bedenkelijke nadelen: Als de voeg van buiten naar binnen doorloopt, dan kan de winddruk regen in de constructie blazen. Verloopt de voeg van binnen naar buiten, dan zijn de gevolgen zijn veel meer catastrofes: Warme, vochtige lucht koelt op de weg door de voegen naar buiten en kan de vochtigheid niet meer vasthouden, omdat in de koude lucht maar weinig waterdamp oplosbaar is. In de constructie condenseert deze vochtige lucht en het overtollige water lekt door de voegen: De constructie raakt bevochtigd, met alle gevolgen van dien. Een zeer hoog percentage van gebouwschade wordt veroorzaakt door ondichte omhulling. “Einde citaat uit het boek van Dr Feist.

Een pleisterlaag is luchtdicht. De doorgaande folie onder het dak is luchtdicht en ook de doorgaande folie onder de dekvloer is luchtdicht. Een betonnen vloer geld ook als luchtdicht. Het wordt moeilijker wanneer al deze componenten luchtdicht met elkaar gecombineerd

dienen te worden. Eerder is in brochure 2 in detail beschreven hoe het gerealiseerd kan worden:

De bepleistering binnen moet tot strak op de bodemplaat of constructieve vloer gevoerd worden.
Ook achter trappen moet bepleisterd worden, ook als men het niet ziet.
De folie afdichting van het dak moet worden verbonden met het pleisterwerk: met butyl tape op isorast plakken (Afb. 8 ), pleisterband opplakken (Afb. 9) en vervolgens bepleisteren (Afb. 10).
Op dezelfde wijze de verbinding vloer-wand uitvoeren.

n50-waarde

Voor passiefhuizen is er ook een waarde aan de luchtdichtheid voorgeschreven (25): “De n50 waarde moet kleiner zijn dan 0,5 h-1.” Dat betekent: Bij een luchtdruk verschil van 50 Pascal mag er in een uur niet meer dan 0,5 maal de hoeveelheid lucht van het gebouw worden verwisseld. Ter vergelijking: Bij normale gebouwen geld alledaags een waarde van 2,0 h-1.

De ononderbroken betonnen kern en daarmee een verhoging van de dichtheid is onder andere een van de veranderingen ten opzichte van het oude isorast systeem:

Met het oude systeem vormden de verbindingen tussen de bekistingelementen een ononderbroken voeg.
Met het nieuwe systeem wordt de betonnen kern niet meer onderbroken door voegen.

De blaasdeur test

De luchtdichtheid van een gebouw kan worden gemeten, met de blaasdeur test. Het apparaat bestaat uit een kunststof ventilator, die in een frame in de openingen van een geopende buitendeur wordt ingeklemd. Er wordt in twee richtingen gecontroleerd door middel van onderdruk enerzijds en overdruk anderzijds te creëren. Een dergelijke test wordt geadviseerd, voordat het binnen pleisterwerk wordt aangebracht, maar na dat alle dak en vloer folies zijn aangebracht. Wordt het gebouw op onderdruk getest onder koude omstandigheden, dan kan men met de blote hand de plaatsen waar koude lucht binnenstroomt voelen en kan dan deze plaatsen nog corrigeren met extra folie en pleisterwerk.

Ondertussen liggen de resultaten van meer dan 50 gemeten isorast-passiefhuizen klaar. Alle hebben de passiefhuis eisen behaald. Vanzelfsprekend moeten de resultaten van isorast passiefhuizen in Taunusstein genoemd worden:

n50-waarde in de ruwbouw met aangebrachte folies: 0.31
n50-waarde na bepleistering: 0,24

Uittreksel van een advies van het bekende bouwfysica bureau ebök: “Hier zet isorast duidelijk nieuwe maatstaven van kwaliteit en verwerkingszekerheid neer.” (Fabrikant, zie fabrikanten pagina)

De blaasdeur test

Ramen werken als zonnecollectoren: Het door het glas vallende licht verwarmen bij het aanraken vaste objecten. Het probleem: ’s Nachts, in de afwezigheid van licht, wil de beglazing energie weg laten slippen. De ontwikkeling van nieuwe raamkozijnen is de eigenlijke revolutie, die passiefhuizen mogelijk maken en de architectuur veranderd:

De warmte winning, die in de winter overdag verkregen wordt met de nieuwe drievoudige beglazing aan de zuidzijde, is groter dan de nachtelijke warmteverlies.

Hoe ziet deze beglazing eruit? Het zijn drie schijven van glas met edelgas vulling en afwerking. Daarnaast, beschikken deze glazen over een thermische brug arme randverband. Ze hebben doorgaans een U-waarde van 0,7 W/(m2K).

Dit glas is tweemaal zo goed geïsoleerd als een 40 cm dikke kalkzandsteen muur.
Het is niet langer nuttig om warmte via collectoren, pomp- en regelapparatuur voor verwarmingsdoeleinden naar een ketel te leiden.
Het is met deze beglazing ecologisch en economisch zinvoller, het gehele gebouw als zonnecollector te ontwerpen, vrij van kosten en onderhoudsintensieve technieken.
Nu zijn lichtdoorlatende gebouwen mogelijk, zonder dat de verwarmingskosten omhoog schieten.
Het meubilair kan direct voor de ramen gezet worden, zonder “dat het verschiet”.

Waar en hoe groot zou er beglazen moeten worden?

Ramen naar het noorden brengen vanwege de geringe lichtopbrengst geen winst. Deze moeten klein worden gehouden. Bij ramen richting het zuiden heeft het Passiefhuis-instituut berekend, dat een beglazingaandeel van meer dan 40% van de zuidelijke gevel geen significante energie voordeel meer opbrengt (25):

Op zonnige dagen in de winter is het overschot zo groot, dat de warmte wordt weg geventileerd en dat het ’s nachts bij een te groot glazen oppervlak energie kost.

Raamkozijnen

De op de marktliggende kunststof kozijnen met staalversterkingen hebben een Uf-waarde van 3,0 W/m2K. Het warmteverlies is vier keer zo groot als bij een passiefhuis kozijn, die een Uf-waarde lager dan 0,8W/m2K moet hebben. Dergelijke kozijnen zijn niet geschikt voor passiefhuizen.

Ondertussen bieden een aantal fabrikanten passiefhuis geschikte kozijnen aan, waarvan diens U-waarden op het niveau van passiefhuis eisen van beglazing liggen. Deze kozijnen zijn er in alle denkbare materialen (hout, plastic, aluminium, enz.) en bestaan uit een sandwich constructie met een PU-Schuim of EPS-materiaal in de kern. (Fabrikant, zie fabrikanten pagina)

Raamkozijnen

Ideale beglazingsaandeel heeft het isorast passiefhuis in Taunusstein-Wehen.

De tweedeling van het pand toont ook de verschillende functies:

Het compacte rode noordelijke deel is de energiebewaarder.
Het gele zuidendeel is de zonne-energie opnemer.

1.9 Centrale installatie

Voor de vermindering van het energieverbruik is verder van belang, dat al in de ontwerpfase rekening wordt gehouden met de plaatsing van de centrale installatie. Voorbeeld van uitvoering bij een isorast-passiefhuis, zie figuur 24:

De natte ruimten zijn bij elkaar geplaatst.
Er is een centrale installatieschacht opgenomen. Deze schacht moet bij passieve eengezinswoningen al een minimale binnenmaat hebben van 100 x 50 cm groot. Twee ventilatie stijgleidingen met geluidsdempers, nemen al een ruimte van 80 x 40 cm in beslag.
Het minimaliseren van de lengte van de ventilatiekanalen leidt tot kleinere ventilator motoren, die weer minder geluid produceren en minder energie verbruiken.
Water opneemplaatsen in buurt besparen de voortdurend lopende circulatie pomp: Bij een isorast-passiefhuis is alleen in het bad een circulatiepomp aanwezig, die alleen op verzoek loopt.

Ventilatie in een passiefhuis

Voor een goede gezondheid heeft een mens 10 m3 verse lucht per uur nodig. Tijdens het verblijf in een gebouw rekent men zelfs met 30 m3 verse lucht per uur, omdat de uitstoot van de meubels, kleefstoffen, vloerbedekking, wand afwerkingen enz. verontreiniging toevoegt. Aanhoudende verwaarlozing van verse lucht kan leiden tot gezondheidsproblemen.

Ventilatie via scheuren en voegen in de gebouwomhulling

Is geen zinvolle oplossing: Bij windstil is de voorziening niet toereikend, en bij wind en storm leid het tot onbehaaglijke fenomenen. Daarnaast leiden naden in de wandconstructie tot condensatie en bevochtigingen, waarin bacteriën welig tieren en vermenigvuldigen, met alle gezondheidsproblemen van dien. Scheuren en naden in de omhulling van een gebouw zorgen voor bouwschades en zijn daarnaast grote energieverliezers.

Ventilatie via raam

Ventilatie via het raam is in Duitsland de gebruikelijke ventilatie methode. Het is zinvol, wanneer bij een verslechtering van de luchtkwaliteit, de ramen worden geopend en weer na een korte tijd worden gesloten. Deze manier van ventilatie is bijzonder nuttig, want er vindt binnen enkele minuten een volledige verversing van de lucht plaats. In deze korte ventilatie periode koelen wanden, verdiepingsvloer, begane grond vloer en meubels niet af en nemen dan in de winter opnieuw deel aan het verwarmingsproces. Kritischer is deze ventilatie methode wanneer deze ventilatie niet constant voorkomt. Bijvoorbeeld in slaapruimten in de winter: Een slaapkamer van 5 x 5 m met een volume van ca. 70 m3, die wordt gebruikt door twee personen, heeft maar frisse lucht voor iets meer dan een uur. Ventilatie via het raam is vanuit het perspectief van vandaag ook een verspilling van energie: In de winter bij een buitentemperatuur van -15 ° C moet de frisse lucht 35 °C met de dure verwarmingsenergie opgewarmd worden. Het warmtestroombalans diagram uit ‘hoofdstuk 1.4’ laat zien dat 90% van deze stookenergie bij gebruik van intelligentere technologie bespaard had kunnen worden.

Mechanische ventilatiesysteem in een passiefhuis

Mechanische ventilatie systemen zijn al decennia bekend: Via luchtblazers en een schachtensysteem wordt verse lucht de woonruimte ingeblazen. De daardoor vervolgens ontstaande overdruk wordt in de natte ruimten, zoals keuken, toilet, bad- en wasruimte naar buiten geleid. Met een dergelijk systeem is er, ondanks een regelmatige aanvoer van frisse lucht in alle kamers, geen sprake van energiebesparing: Ook hier moet de koude verse lucht met het volledige temperatuur verschil worden verwarmd.

De warmtewisselaar

Een eerste, intelligente bijdrage aan de energiebesparing is het gebruik van een zogenaamde tegenstroomwarmtewisselaar: In dit apparaat wordt de warme afvoer lucht bijvoorbeeld tussen metalen platen naar buiten geleid en de verse lucht via de naburige metalen platen binnen geleid. De afgevoerde warme lucht heeft de metalen platen opgewarmd en de verse binnenkomende lucht neemt deze warmte weer mee.

De efficiency van deze warmtewisselaar wordt in een “warmteterugwinning graad’ aangegeven . Gebruikelijk is 60% en bij een passiefhuis moet de warmteterugwinning graad ten minste 80% bedragen, zie nr. 1 in figuur 26.

Ventilatiekast

Voorheen gold de opvatting dat er met ventilatiesystemen met warmteterugwinning geen energie werd bespaard. Door het gebruik van hoogrendement warmtewisselaars, door het minimaliseren en een passende dimensionering van de ventilatiekanalen en door het gebruik van grond voorverwarming ziet het er bij een passiefhuis anders uit. Maar ook de ventilatie kast zelf ziet er bij een passiefhuis anders uit: In het verleden werkte men met ventilator motoren van 100 en 150 W, nu komen er in passiefhuizen alleen nog maar moderne gelijkstroom ventilatie motoren, die zijn geïnstalleerd in computers, met een stroomverbruik van 40 W voor de luchttoevoer- en luchtafvoerkanalen. Terwijl in het verleden de verhouding van ingezette stroom tot ventilatiewarmte besparingen in verhouding 1:1 was, is deze efficiëntieverhouding bij passiefhuizen 1:10.

Grondwarmtewisselaars (zie figuur 26 nr. 2)

Een eenvoudige en zeer effectieve bewerking: Onder de kelder bodemplaat heeft de bodem in het midden van de winter nog een temperatuur van +15 °C. Wordt deze warmte ontnomen dan wordt deze weer aangevuld door de onderliggende bodem. Het biedt zich direct aan, om deze “geothermische energie” te nuttigen, omdat het, in tegenstelling tot zonnecollectoren op het dak, ook warmte-energie levert als de zon niet schijnt.

Hoe kan geothermische energie eenvoudig en doeltreffend worden gebruikt?

Bij een eengezinswoning wordt ongeveer 30 m Ø200 mm beschermingsbuizen onder een afschot van 2% onder de vloer gelegd.
De verse lucht voor het ventilatiesysteem wordt vervolgens door deze buizen geleid en wordt daardoor, ook bij zeer lage buiten temperaturen tot ca. +6 °C verwarmt.

Het totale rendement van de twee warmtewisselaars is nu met 10% verhoogt: Van 80% naar 90%. Dit betekent: dat 90% van de afgevoerde lucht temperatuur van bv. 20 °C de verse lucht opwarmt tot +18 °C, zonder ook maar een euro verwarmingskosten te betalen. In de hiernaast staande afbeelding bij een isorast passiefhuis in Taunusstein is aangetoond dat de buizen ook naast de kelderwanden kunnen worden gelegd. Het totale rendement is dan iets lager. Dit is het geval wanneer de legging van de kanalen onder de keldervloer te complex zou worden als de bodem uit klei/steen bestaat.

- Waarom beschermingsbuizen? Ze zijn ideaal: De geribbelde omhulling geeft een groter overdrachtsoppervlak met de bodem, het innerlijke gladde oppervlak leidt tot minder weerstand van de lucht, en ten derde zijn ze relatief goedkoop.
- Verdere redenen voor een bodem warmtewisselaar systeem? Indien niet voorverwarmde lucht in de winter rechtstreeks naar de warmtewisselaar zou gaan, dan kan er daar condensatie en ijs vormen, die vervolgens energie-intensief ontdooit zou moeten worden. Waarom onder een afschot leggen? In de buis kan er condensatie vormen, die via een waterdichte sifon op het diepste punt wordt afgevoerd en daarna weggepompt wordt.

Ventilatie – airconditioning

Het beschreven ventilatiesysteem mag niet met een airconditioning worden verward: De in een passiefhuis toegepaste ventilatiesystemen werken met 100% verse lucht. Bij een airconditioning wordt een groot deel van de afgevoerde lucht gereinigd en terug in de circulatie gevoerd en wordt er vervolgens slechts een kleine hoeveelheid verse lucht toegevoegd. Airconditioners worden in de ook gebruikt voor koeling. Het ventilatiesysteem in een passiefhuis is bijna altijd in de zomer uitgeschakeld. In de zomer wordt er in een passiefhuis als van oudst door de ramen geventileerd. Uitzondering: Bewoners/gebruikers met een allergie laten in de zomer het ventilatiesysteem ook in werking, omdat de binnenkomende lucht dan wordt gefilterd met een G4 en daarna een F8 filter en hierdoor is men in deze gebouwen klachtenvrij.

Ventilatiegeluid

Bij een goed ontworpen systeem mag het ventilatiegeluid niet of nauwelijks hoorbaar zijn. Dit geldt met name in de slaapkamer. Dit wordt bereikt door de toevoeging van “geluiddempers”, die worden toegepast in de luchttoevoer evenals in de luchtafvoer. Het ventilatiesysteem benodigd ervaren ontwerpers.

Verwarming in de passieve huis

Ook een passiefhuis heeft nog een verwarming. Evenals een thermostaat, waarmee men de ruimtetemperaturen individueel kan regelen. Het onderscheid zit in de installaties:

Een laag energie huis heeft een verwarmingssysteem met brandstof opslag, ketel, schoorsteen, radiatoren, leidingen, pompen en regelaars.
Een passiefhuis heeft deze dergelijke installaties meestal niet. Bij passiefhuizen wordt sowieso de aanvoerlucht van het ventilatie systeem gebruikt voor de warmteoverdracht uit de retourlucht.

Als warmte-opwekker is een kleine warmtepomp ideaal. Behalve elektriciteit (onze voorkeur heeft groene stroom) uit het stopcontact ontneemt deze pomp zijn energie uit de restwarmte van de afvoerlucht of uit een in de grond verlegde luchtcirculatie. Het maakt uit een eenheid elektriciteit vier eenheden warmte. Rekent men bij passiefhuizen met een maximale warmte last van 10 w/m2, dan resulteert dat bij een woonoppervlak van 120 m2 in een maximale stookenergie verbruik van 1.200 W. Bij een COP (Factor die de energieprestatie van warmtepompen aangeeft door de warmteoutput te delen door de aandrijfenergie (kracht of warmte). van 1:4 resulteert dit in een verwarmingsvermogen van een warmtepomp van 300 W.

Ter verduidelijking:

Een passiefhuis met 120 m2 woonoppervlakte wordt verwarmd met een warmtepomp dat slechts een vijfde van de elektriciteit van een koffiezetapparaat gebruikt.Ideaal is de ondertussen door de industrie aangeboden “compacte apparatuur”: Hier is de warmtewisselaar, de regelaar, de kleine warmtepomp, het zonneboiler buffervat en de boiler voor het warm water in een apparaat verwerkt. (Fabrikant, zie fabrikanten pagina)

Thermografie

Thermografische beelden tonen waar en hoeveel warmte er verloren gaat in het gebouw. Zij zijn de visuele bevestiging van een goede thermische omhulling.

Afbeelding 16: Het gebouw is met de blaasdeur test op onderdruk gezet. Bij een binnenopname voordat het pleisterwerk wordt uitgevoerd tonen zich lekkages bij kozijnaansluitingen, die nu nog kunnen worden herstelt.

Afbeelding 17:

Het zuid aanzicht van het isorast-passiefhuis in Taunusstein toont de goede raam kwaliteit.

Afbeelding 18:

De kleine lekkage in het raamkozijn kan worden gecorrigeerd door het nastellen van het hang- en sluitwerk. Men moet rekening houden met de warmte van de bodem bij vriestemperaturen van buiten.

Afbeelding 19:

Terwijl de noord gevel een klein aantal zwakkere punten vertoont, ziet het er bij de naburige gebouwen met monolithische metselwerk heel anders uit.

Leven in een Passiefhuis

Leven in een passiefhuis heeft een ander en hoger leefcomfort:

Overal dezelfde temperatuur; nergens trek verschijnselen.
Zitmeubels kunnen recht voor de ramen worden geplaatst.
Door de constante frisse lucht en luchtdoorstroming voelt men zich in een andere gezonde omgeving en humeur.
Gewenning in de slaapkamer: De slaapkamer heeft ook in de winter een zomerlijke kwaliteit en temperatuur.
Door het filteren van de luchttoevoer en afzuiging van de gebruikte lucht en de luchtdichte schil is het huis grotendeels vrij van stof.

De indruk is niet te beschrijven. Men moet een passiefhuis ervaren hebben:

Het passiefhuis in Taunusstein-wehen kan op bepaalde tijden bezichtigd worden.
Het passiefhuis in Utrecht kan op bepaalde tijden bezichtigd worden.
Op aanvraag kunnen passieve scholen en kantoren bezichtigd worden.
Op aanvraag kunnen andere passieve gebouwen in de Benelux en Duitsland bezichtigt worden.

Rekening houden bij de planning van een passiefhuis met:

de bouwonderdelen:

Balkons nooit direct verbinden met de tussenliggende vloer. Uitwendige isolatie niet door laten lopen via het balkon. Alleen de daarvoor bedoelde skeletconstructie gebruiken, zodat thermische bruggen vermeden worden.
Pleisterwerk voor een luchtdichte aansluiting tot de boven- en onderkant van de constructieve vloer uitvoeren.
Houten balken van vloeren niet de wand laten doorlopen, het hout werkt en er ontstaan daardoor scheuren in het pleisterwerk. Daarom balkschoentjes of andere ondersteuningen toepassen, vervolgens bepleisteren en aansluitend de houten balken in de schoenen leggen.
Stalen dragers kunnen binnen het gebouw in de wand gelegd worden.
Trap naar een onverwarmde kelder wordt als een trap naar buiten beschouwd. De thermische omhulling, die in geval van een onverwarmde kelder bij de vloer eindigt, mag niet thermisch en luchtdicht worden onderbroken.
Trap naar een onverwarmde zolder is niet voor passiefhuizen geschikt. Het moet luchtdicht en met een minimale 20 cm dikke isolatieplaat met een lage lambda waarde bekleed zijn. Het is beter om de zoldervloer binnen de thermische omhulling te beschouwen en het dak te isoleren, eventueel met verlaging van de nok.
Schoorstenen dienen te worden vermeden in een passiefhuis: ze voldoen niet aan de eis voor luchtdichtheid en doorbreken de thermische omhulling.
Een tochtportaal is nuttig om de binnentredende koude lucht in de winter in het volume van het tochtportaal te begrenzen. Indien mogelijk, is het nog beter dit tochtportaal buiten de thermische omhulling te realiseren.

Ramen, deuren en beschaduwen:

Zonneschermen of rolluiken zijn bij grote Zuidelijke en Westelijke beglazingen essentieel voor de bescherming tegen de instraling van de zon in de zomer (25).
Schaduw door bomen en dergelijke aan de zuidelijke beglazing indien mogelijk vermijden.
Schuine beglazing vergt in de zomer in elk geval bescherming tegen de zon.
Dakramen zijn ook in passiefhuis geschikte kwaliteit leverbaar, echter worden deze dakramen niet aangeraden. Dakramen moeten in de zomer voorzien zijn van zonwering.
Grootoppervlak overhead beglazing voor serres of soortgelijke dienen vermeden te worden: Ze leiden tot een overaanbod van zonnewarmte in de winter, die vervolgens weg gelucht wordt en dus niet bijdraagt aan ruimte verwarming. Het grote oppervlak gebruikt in de winter ‘s nachts te veel energie. De overhead beglazing moet voor de zomer warmte worden voorzien van een instelbare zonwering. Het is schoonmaakintensief en horizontale beglazing heeft een slechtere thermische isolatie dan verticale ofwel staande beglazing.
Buitendeuren moeten passiefhuis geschikt gecertificeerd zijn. In het bijzonder moet er aandacht aan de luchtdichtheid worden besteed, d.w.z. de hoeken en de dorpel van de deuren moeten goed passen/afsluiten.

Ramen, deuren en beschaduwen:

Ontluchtingsleidingen (25) van de afvoerleidingen zouden de thermische omhulling doorbreken. Plaats daarom de ontluchting onder het dak.
Dampafzuigkappen alleen met luchtcirculatie toepassen.
Afvoerleiding: (25)zijn een niet te vermijden thermische bruggen. Centrale installatie afvoeren samen te laten komen en alleen nog met een leiding door de bodemplaat doorvoeren. Kunststof materiaal toepassen.
Badruimten goed isoleren, zodat de warmte van het water alleen in die ruimte ten goede komt.

Zonnecollectoren:

Thermische zonnecollectoren hebben bij een passiefhuis met warmtepomp ecologisch en economisch weinig zin. Bij een 3-persoons huishouden en 10 m2 collectoroppervlak rekent men met een besparing van ongeveer 40 euro per jaar. Dit dekt niet eens de onderhoudskosten voor de technische installatie. De situatie ziet er anders uit, als er geen warmtepomp voor handen is en het energieverbruik voor verwarming en warmwater via de directe stroom ontnomen wordt. Hier worden thermische zonnecollectoren ten zeerste aanbevolen.
PV-panelen leiden bij een passiefhuis met warmtepomp tot “technische- en onderhoudsoverbelasting”. Ondanks de hoge subsidies en vergoedingen kunnen deze bijdragen de kosten van reparatie, onderhoud en afschrijvingen nauwelijks financieren. Ook de ecologische gegevens zijn nog steeds tamelijk teleurstellend.

Zonnecollectoren:

Thermische zonnecollectoren hebben bij een passiefhuis met warmtepomp ecologisch en economisch weinig zin. Bij een 3-persoons huishouden en 10 m2 collectoroppervlak rekent men met een besparing van ongeveer 40 euro per jaar. Dit dekt niet eens de onderhoudskosten voor de technische installatie. De situatie ziet er anders uit, als er geen warmtepomp voor handen is en het energieverbruik voor verwarming en warmwater via de directe stroom ontnomen wordt. Hier worden thermische zonnecollectoren ten zeerste aanbevolen.
PV-panelen leiden bij een passiefhuis met warmtepomp tot “technische- en onderhoudsoverbelasting”. Ondanks de hoge subsidies en vergoedingen kunnen deze bijdragen de kosten van reparatie, onderhoud en afschrijvingen nauwelijks financieren. Ook de ecologische gegevens zijn nog steeds tamelijk teleurstellend.

Brandkachels en openhaarden:

De openhaard kan in een passiefhuis niet worden geïnstalleerd. Aangezien de vereiste rookafvoer niet dicht mag worden gezet, wordt de minimum dichtheid, die het ventilatiesysteem vereist, niet behaald.
Brandkachels met dikke glazen deuren en een gesloten luchtcirculatie zijn ook niet volledig afgesloten. Door de penetraties van de thermische omhulling met een 150 mm brede stalen buis vormt het hele lichaam tot een thermische brug in de schil, die tot wel 30% van de totale verwarmingsenergieverbruik van een passiefhuis kan uitmaken.
Als alternatief bieden zich “meubilair haarden” aan met bio-ethanol, die eveneens voor gezellige sfeer zorgen. Hier is geen af- en toevoer van lucht benodigd. (Fabrikant, zie fabrikanten pagina).
De eigenaar, die echt voor het flikkeren en geknetter van echt hout wil gaan, is eerder een laagenergie huis aan te bevelen.

Elektronica:

Was- en vaatwasmachines aansluiten op de warmwater leiding. Niet alle toestellen zijn hiervoor geschikt.
Een droger kan worden weggelaten. Een kleine ruimte naast de wasmachine, aangesloten op de warme luchtafvoer, is de kostenloze droger (zie figuur 29).
Bij alle elektrische apparaten op het laagste stroomverbruik en geluidsniveau letten. Dit geldt met name voor de stroomvretende koelkasten en vriezers, die verbruiken tot 25% van de totale elektriciteit in het huishouden. Alleen koelkasten zonder vriesvak gebruiken. Diepvriezer in plaats van diepvrieskasten gebruiken. Stand-by uitschakelen.
Elektrische dozen voor schakelaars, stopcontacten en verdelers vanwege de luchtdichtheid altijd in een verzadigd gips bed plaatsen of de speciale dozen die hiervoor in de handel zijn toepassen.
Verlichting voorzien van energiezuinige lampen indien de inschakeling langer dan 20 minuten bedraagt. De gebruikelijke gloeilampen zijn verbruikgunstiger bij lichten die minder dan 20 minuten aanstaan.

literatuur

“Grondslagen ontwerpen passiefhuis” heet het 144pagina’s tellende boek van Dr Feist, een “must” voor iedereen die een passiefhuis wil bouwen of ontwerpen. In de bijlage vindt men een wiskundige methode waarmee u kunt bepalen of een gebouw passiefhuis geschikt is. Verkrijgbaar bij isorast GmbH en isorast Benelux.

Bouwkosten

De ervaringen in 2003 van ca. 100 gebouwde projecten laten ondertussen zien:

Een passiefhuis is niet duur wanneer het wordt vergeleken met een laagenergie huis, dat over een ventilatiesysteem met warmteterugwinning beschikt.
Een passiefhuis is meestal tussen de 5 en 10% duurder, wanneer het met een laagenergie huis zonder ventilatiesysteem wordt vergeleken.

De onderstaande redenering laat zien dat de eigenaren van een passiefhuis na enkele jaren een positief saldo laat zien van kosten versus baten.

Gebruikskosten

In welke periode betalen de meerkosten zich terug in vergelijking met een laagenergie huis zonder ventilatiesysteem? Hier toe zijn er ondertussen betrouwbare gegevens bekent op grond van de vele gebouwde projecten. Een fragment uit een rekenvoorbeeld van een eengezinshuis met 170 m2 verwarmd woon-/gebruiksoppervlak. Het gedetailleerde berekening blad voor dit voorbeeld is terug te vinden in de isorast architecten mappen.

Figuur 30: Vergelijking van de totale kosten in de periode tot en met 40 jaar van een gebouw met 170 m2 verwarmd woon-/gebruiksoppervlak volgens de nieuwste energiebesparende voorschriften, en een passiefhuis – met inbegrip van de CO2-balans.
Figuur