Difference between revisions of "Klimaatinstallaties: inleiding"

From BK Wiki
Jump to: navigation, search
(Created page with '==Inleiding== ===Doel modulenreeks installaties=== De modulenreeks installaties ondersteunt het onderwijs aan architecten, bouwtechnologen en andere bouwkundige ontwerpers. Dit o…')
 
 
(One intermediate revision by one user not shown)
Line 81: Line 81:
 
Het ontwerpen van "onbehaaglijke" ruimten is niet zonder risico’s omdat de perceptie van gebruikers niet goed is te voorspellen. Andere niet te beïnvloeden factoren kunnen de perceptie en het gedrag dat erop volgt bepalen. Bovendien worden ruimten vaak anders gebruikt dan de ontwerper voor ogen had.
 
Het ontwerpen van "onbehaaglijke" ruimten is niet zonder risico’s omdat de perceptie van gebruikers niet goed is te voorspellen. Andere niet te beïnvloeden factoren kunnen de perceptie en het gedrag dat erop volgt bepalen. Bovendien worden ruimten vaak anders gebruikt dan de ontwerper voor ogen had.
  
[[Category:Klimaatinstallaties]]
+
[[Category:Klimaatontwerp]]
 +
[[Category: Infopagina]]

Latest revision as of 10:45, 1 July 2015

Inleiding

Doel modulenreeks installaties

De modulenreeks installaties ondersteunt het onderwijs aan architecten, bouwtechnologen en andere bouwkundige ontwerpers. Dit onderwijs beoogt inzicht te geven in het ontwerp en de integratie van klimaatregelende voorzieningen in gebouwen. Hierbij wordt aandacht besteed aan de klimaat-en gebruikseisen waaraan ruimten moeten voldoen en aan de bouwkundige en installatietechnische voorzieningen die nodig zijn om die functie-eisen te realiseren. Voor inzicht in de toepassing worden de opbouw en werking van klimaatregelsystemen besproken en de mogelijkheden tot ruimtelijke en functionele integratie in het bouwkundige ontwerp toegelicht. De modulenreeks begint evenwel met het ontwerpproces en de heersende opvattingen daarover, gevolgd door de kansen die dat proces biedt om gebouwen te creëren die functioneel doen wat ervan wordt verlangd.

Doel van klimaatinstallaties

Figuur 1. Overdekte skibaan in Zoetermeer

Het doel van klimaatinstallaties is het ondersteunen van de gebouwfuncties. De gebouwfuncties, zoals wonen, werken en sport beoefenen bepalen aan welke comfort-en gebruikseisen het binnenklimaat moet voldoen. Die eisen bepalen, samen met de vorm en de thermische eigenschappen van het gebouw en de aanwezige bouwkundige voorzieningen, welke installaties nodig zijn. Een extreem voorbeeld is een overdekte skihelling. Een temperatuur van -5 oC moet ervoor zorgen dat een goede kwaliteit sneeuw kan worden gemaakt en de sneeuw blijft liggen (zie figuur 1).

figuur 2. tropische kas

Een heel ander voorbeeld is een kas waarin tropische planten worden gekweekt, hiervoor is een warm en vochtig klimaat nodig, zoals in een tropisch regenwoud (zie figuur 2).

Klimaatinstallaties beantwoorden - functioneel gezien - aan hun doel als ze voldoende vermogen hebben en zo in het gebouw en de ruimte zijn gepositioneerd dat ze geen nadelige effecten hebben op andere aspecten van het binnenmilieu. Daarvoor moet voldoende inbouwruimte op geschikte plaatsen beschikbaar zijn. Om blijvend aan de eisen te voldoen moeten de installaties bereikbaar zijn voor onderhoud en vervanging. Voor een gebouw dat in zijn functie of gebruik flexibel moet zijn, zijn flexibele of aanpasbare installaties nodig. Ook daarvoor is een goede bereikbaarheid nodig.

Bij onvoldoende inbouwruimte is slechts toepassing van kleine installaties mogelijk die het benodigde vermogen niet kunnen leveren waardoor het in het gebouw te koud, te warm of bedompt wordt. Het is soms mogelijk die installaties meer te laten doen dan waarvoor ze zijn ontwikkeld maar dat heeft vaak tot gevolg dat ze lawaai maken of ongewenste luchtstromingen, zoals tocht, veroorzaken. Eindapparaten die verkeerd in verblijfsruimten zijn gepositioneerd kunnen eveneens tocht en onbehaaglijke temperatuurgradiënten veroorzaken. Alle hier genoemde effecten zijn het gevolg van ontwerp-fouten. Ze zijn te voorkomen door de installaties vanaf het begin synchroon met het architectonische vormgeving te ontwerpen en daarbij met name de installaties en de draag-, scheidings-en afbouwconstructies op elkaar af te stemmen.

Dat gebouwfuncties bepalen aan welke eisen het binnenklimaat moet voldoen is logisch. Minder logisch lijkt het dat bij het architectonisch ontwerp -vooral in de beginfase -onduidelijk kan zijn wat de functie van een ruimte is, waardoor eveneens onduidelijk is aan welke eisen die ruimte moet voldoen. Vanuit het vormgevingsproces gezien is dit niet onlogisch omdat in de eerste plaats vormgevingsmogelijkheden worden onderzocht en functionele en programmatische doelen wat op de achtergrond blijven. Serres en atria zijn bekende voorbeelden van ruimten die zo kunnen ontstaan. Er kunnen ook ruimten ontstaan die in het Programma van Eisen zijn genoemd maar die door hun vorm of materiaalkeuze voorspelbaar niet aan de gebruikelijke binnenklimaateisen zullen voldoen, welke installaties men ook toepast. Om andere dan functionele reden kan het aantrekkelijk zijn om dergelijke ruimten te bouwen zoals ze zijn ontworpen. In dat geval is het nodig om de functie van de ruimte of het permanente karakter van die functie te heroverwegen. In de praktijk vindt dit heroverwegingsproces vaak niet in openheid plaats, waardoor bij andere in het ontwerpproces betrokkenen onduidelijkheid kan ontstaan over de gebruiksmogelijkheden van die ruimten. In dat geval is sprake van een ontwerp-proces-fout. Dergelijke fouten zijn te voorkomen met een open projectorganisatie waarbij alle betrokkenen, inclusief opdrachtgever en toekomstige gebruikers, open communiceren over eisen en wensen en over de concrete mogelijkheden en onmogelijkheden om die eisen en wensen te realiseren.

Eisen en wensen

Utiliteitsgebouwen danken hun voorzieningenniveau doorgaans aan de eisen die organisaties er als opdrachtgever en gebruiker aan stellen. Bewoners, de mensen die in het gebouw verblijven, hebben vaak andere wensen. Daarbij komt dat niet alles wat gebruikers of bewoners van een gebouw verwachten ook als eis kenbaar wordt gemaakt. Zo zal bijvoorbeeld in een Programma van Eisen nooit iets staan over de kwaliteit van het water dat uit de kranen moet komen. Vaak als gebruikers of bewoners een aspect als probleem (hebben) ervaren willen ze dat daaraan aandacht wordt besteed en worden op dat punt nadere eisen gesteld. Het is de taak van de architect en adviseurs om tot een evenwichtig programma te komen en daarover vooraf goed met de belanghebbenden te communiceren.

De functionele eisen waarmee bij het ontwerp rekening moet worden gehouden zijn voor een groot deel in wetten, normen en regels vastgelegd. Deze eisen hebben betrekking op het thermisch klimaat (temperatuur, luchtbeweging en -vochtigheid), de luchtreinheid (ventilatie en luchtfiltering), de verlichting en de akoestiek. Het verzamelen van deze gegevens is de eerste stap die in het ontwikkelingsproces aan het ontwerp vooraf gaat.

Ontwerpproces

Relatie gebouw en ontwerpproces

Het binnenklimaat in gebouwen is voor een groot deel (van de tijd) afhankelijk van klimaatinstallaties. De afhankelijkheid is groter naarmate het binnenklimaat zwaarder wordt belast door bronnen buiten het gebouw (meteorologische omstandigheden, verkeer en industrie) en bronnen binnen het gebouw (personen, kunstverlichting, apparaten, productieprocessen, bouwmaterialen). Architecten kunnen hierop invloed uitoefenen, primair door de externe en interne belasting te beperken en secundair door het effect van die belasting te beperken.

De externe warmtebelasting -dat wil zeggen de belasting waarvan de bron zich buiten het gebouw bevindt -is te beperken door de gevels thermisch goed te isoleren en ramen te voorzien van zonwering die zonnewarmte buiten houdt en daglicht optimaal laat toetreden. Het optimum wordt doorgaans gevonden bij toepassing van regelbare buitenzonwering. Zonwerende beglazing en luifels weren de zon en het daglicht permanent, ook in perioden dat er juist behoefte is aan warmte en licht. Ze maken somber weer nog somberder. Toepassing van zonwerend glas met een hoge lichtdoorlatendheid (bijv. ZTA = 0,3, LTA = 0,6) levert in dit verband een tussenoplossing op die enigszins te vergelijken is met de toepassing van luifels. Externe belasting door hinderlijke of schadelijke stoffen van verkeer of industrie kan worden beperkt door niet in een omgeving met verkeer of industrie te bouwen. Is een dergelijke afweging niet aan de orde dan moet -als consequentie -de gevel goed afsluitbaar zijn en het gebouw van mechanische ventilatie met een goede luchtfiltering worden voorzien.

De interne warmtebelasting is afhankelijk van het gebruik van de ruimte. Dat moet aan de opdrachtgever duidelijk worden gemaakt. Daarom is goed overleg met de opdrachtgever zo belangrijk, over het gebruik van de ruimte (bezetting door personen en apparaten) maar ook over het gewenste type kunstverlichting (algemene verlichting, werkplekverlichting).

Het vermogen -en daarmee de warmteafgifte -van kunstverlichting kan worden beperkt door ondiepe ruimten toe te passen met relatief weinig glas in de gevel. Het laatste lijkt paradoxaal. Toch blijkt dat voor comfortabele helderheidsverhoudingen in een ruimte meer kunstlicht nodig is naarmate de gevel transparanter is. Het optimum voor dit aspect van het visuele comfort ligt rond de 30% transparantie van de gevel (van binnenuit gezien). Vaak wordt getracht met voorzieningen aan de gevel het daglicht dieper in de ruimte te brengen, zoals met "light shelves" en prisma's. Deze voorzieningen hebben meestal weinig effect op de verlichtingssterkte achter in de ruimte en hebben als nadeel dat ze met daglicht ook zonnewarmte toelaten. Gezien de effecten op het thermische binnenklimaat is het beter om het gewenste doel in eerste instantie te bereiken door de ruimte met lichte kleuren af te werken. Installatietechnisch kan de warmteafgifte van de kunstverlichting worden verkleind door:

  • zo veel mogelijk hoogrendementsverlichting toe te passen (zoals TL5 of LED),
  • bij mechanische ventilatie van de ruimte de lucht indien mogelijk via de

verlichtingsarmaturen af te voeren. Dat kan door de armaturen direct op het luchtafvoersysteem aan te sluiten of door een ruimte boven een verlaagd plafond ("plenum") te creëren en de lucht vanuit de ruimte indirect, dat wil zeggen via de armaturen en het plenum, af te voeren.

De warmteafgifte van apparatuur, zoals computers, kan worden gereduceerd door de opdrachtgever te wijzen op de aanschaf van apparaten die efficiënter gebruik van elektrische energie maken en daardoor minder warmte produceren dan doorsnee apparaten. Hierbij valt te denken aan beeldschermen die automatisch uitschakelen als er enige minuten niet mee wordt gewerkt, LCD-schermen, etc.. Verder is het mogelijk de door apparatuur geproduceerde warmte en verontreinigingen direct af te voeren. Installatieontwerpers zijn hiermee nog niet zo vertrouwd. Meubelfabrikanten wel, die hebben meubilair ontwikkeld waarin een afzuigsysteem is geïntegreerd waarmee 70 tot 80% van de warmte en verontreinigingen van op het meubilair geplaatste apparatuur kan worden afgevoerd.

Het effect van de externe en interne warmtebelasting op het binnenklimaat kan worden beperkt met een effectief warmteaccumulerend vermogen. Dat vermogen is afhankelijk van de massa van het gebouw en van de toegankelijkheid van die massa voor de binnenlucht. Vooral massa van vloeren en scheidingswanden zijn belangrijk. De massa is toegankelijk als deze niet is afgeschermd door verlaagde plafonds, lambriseringen en verhoogde vloeren. Deze afschermingen hebben echter ook voordelen, zoals de mogelijkheid van inbouw van installaties. Verlaagde plafonds hebben bovendien als voordeel dat inbouwverlichtingsarmaturen zijn toe te passen en via deze armaturen een groot deel van de verlichtingswarmte direct is af te voeren. Om reden van flexibiliteit kiest men vaak lichte verplaatsbare scheidingswanden. Veel van deze wanden komen echter nooit meer van hun plaats in welk geval het gunstiger is om tussenwanden in steenachtig materiaal uit te voeren.

De interne belasting door verontreinigingen kan worden beperkt door bouw-en inrichtingsmaterialen toe te passen waarvan bekend is dat ze geen of zeer weinig hinderlijke of schadelijke stoffen in de lucht brengen. In ieder geval is het goed om geen materialen te gebruiken waarvan in dit opzicht niets bekend is [1, 2].

Installaties als vormgevingsmiddel

Figuur 3. Centre Pompidou in Parijs

Installaties zijn, net als draagconstructies, als vormgevingsmiddel te gebruiken. Extreem voorbeeld is het Centre Pompidou te Parijs (figuur 3) waarbij delen van de klimaat-en transport-installaties beeldbepalend aan de buitenkant van het gebouw werden aangebracht, overigens zonder dat men concessies wilde doen aan de doelmatigheid van die installaties.

Figuur 4. Mediatheek in Sendai

In het multi-mediacentrum in Sendai, ontworpen door Toyo Ito, bepalen grote verticale structuren -waarin alle verticale transport van licht, lucht en mensen plaatsvindt -voor een groot deel de architectuur van het gebouw (figuur 4).

Figuur 5. Ruimtescheidende koelconvectoren

Figuur 5 laat radiatoren zien die in een kliniek werden gebruikt voor koeling en tevens als afscheiding tussen individuele behandelplekken.

Op grond van de huidige regelgeving worden gebouwen thermisch zo goed geïsoleerd dat bij radiatorverwarming vaak kan worden volstaan met mini-radiatoren die in het beeld bijna wegvallen tegen hun aansluitleidingen. Door grotere radiatoren te kiezen -met een lagere watertemperatuur -die het beeld meer vullen wordt geen concessie gedaan aan de doelmatigheid van de radiatoren. Alleen de kosten zijn hoger. Risicovoller is het positioneren van luchtkanalen en roosters in een ruimte om een bepaald beeld te bereiken. Stromingstechnisch niet goed in de ruimte geplaatste toevoerroosters kunnen namelijk tocht veroorzaken waardoor ze uit comfortoverwegingen niet doelmatig zijn, een ongewenste concessie als naar comfortabele ruimten wordt gestreefd.

Klimaattechnisch is er geen verschil tussen luchtkanalen "in het zicht" en kanalen die zijn weggewerkt in verlaagde plafonds of wanden. Wel moeten kanalen "in het zicht" met meer zorg worden gemonteerd om beschadiging te voorkomen. Het risico van beschadiging blijft na montage bestaan omdat kanalen van relatief dun materiaal worden gemaakt. Toepassing van dikker materiaal is niet mogelijk als het standaard luchtkanalen zijn die met machines worden gefabriceerd die dat materiaal niet kunnen verwerken. Het accepteren van "eerlijke" kanalen met hier en daar een deukje behoort ook tot de mogelijkheden. Accepteer je zoiets niet of vind je dat de kanalen een andere vorm moeten hebben om in het beeld te passen dan moet je die kanalen zelf ontwerpen en zullen ze speciaal moeten worden gemaakt. Luchtkanalen worden meestal geïsoleerd. Daarvoor is simpel en goedkoop materiaal te gebruiken, zoals minerale wol afgedekt met aluminiumfolie. Bij kanalen "in het zicht" moet deze kwetsbare isolatie met een speciale mantel worden afgewerkt.

Omdat luchtkanalen relatief veel volume hebben, wordt hun positie "in het zicht" vaak door het gewenste beeld bepaald. Dat hoeft bij kanalen die alleen voor luchttransport dienen niet ten koste te gaan van de doelmatigheid. Wordt via roosters op deze kanalen lucht in de ruimte verspreid dan is de positie van de kanalen van het grootste belang omdat bij verkeerde plaatsing tocht kan ontstaan.

Klimaat als vormgevingsmiddel

Architectuur richt zich sterk op wat gezien wordt, echter gebouwen en hun ruimtelijke constructie zijn ook te ruiken, te horen en te voelen. Dit kan aangenaam zijn, bijvoorbeeld de herkenning van een vertrouwde geur, maar ook onaangenaam. Door het vergeten van deze aspecten kunnen onbehaaglijke ruimten ontstaan. Het vergeten kan ook betrekking hebben op de mogelijkheden om bewust andere dan alleen visuele effecten teweeg te brengen.

Romaanse en Gotische kerken hebben ruimten waarvan de afmetingen "hoorbaar" zijn. Met gesloten ogen ontstaat door galm en echo's een "beeld" van de ruimte. De ruimte wordt op die manier anders waargenomen dan bijvoorbeeld een schoollokaal, waarin een zelfde akoestiek ondenkbaar maar ook onaangenaam is. Verder ruiken kerken anders. De geur van houten banken, boenwas, kaarsvet, wierook e.d. horen er onmiskenbaar bij. Ook het klimaat, vaak kil en tochtig, is herkenbaar.

Figuur 6. Minnaertgebouw in Utrecht

Bij verblijfsruimten, zoals woonkamers of kantoorvertrekken, hoort een comfortabel thermisch klimaat. Bij een comfortabel klimaat wordt geen warmte of koude gevoeld. Het is het klimaat waar het menselijk organisme in zijn overlevingsstrategie naar streeft. Een onbehaaglijk gevoel van warmte of koude is een signaal voor gevaar van oververhitting of onderkoeling en dwingt tot een gedrag waarbij naar behaaglijkheid wordt gestreefd. Onbehaaglijkheid heeft dus een functie en een doel en kan om die reden een betekenisvol ontwerpaspect zijn. Zintuiglijke ervaringen volgen deels uit waargenomen verschillen. Hoewel het menselijk organisme zich -in zijn overlevingsstrategie -verzet tegen blootstelling aan warmte en koude zijn er situaties waarbij een warm of koud gevoel als behaaglijk wordt ervaren. Bijvoorbeeld als mensen vanuit een te koude ruimte in een warmere ruimte komen. Als de warmere ruimte een comfortabele temperatuur heeft wordt de warmte na enige tijd niet meer gevoeld. Het is als bij muziek. Na een luide passage met harde klanken, brengt een zachte melodie en harmoniërende tonen een aangename ontspanning teweeg. Zonder de harde intermezzo's zouden de emoties gematigder zijn of zelfs achterwege blijven. Samengevat: de perceptie van omstandigheden is afhankelijk van voorafgaande ervaringen en duidelijker naarmate de verschillen groter zijn. Ontwerpers kunnen dit gebruiken door bewust thermische contrasten tussen ruimten te creëren. Dat kan functioneel zijn, bijvoorbeeld om gebruikers of bezoekers een ruimte op een bepaalde manier te laten ervaren of om de behaaglijkheid van andere ruimten te accentueren. Het niet erg behaaglijke op het buitenklimaat lijkende binnenklimaat in de centrale hal van het door Neutelings ontworpen Minaert-gebouw is bewust gekozen en vormt een contrast met de aangrenzende behaaglijk verwarmde nissen (figuur 6).

Figuur 7. Fog Forest Park in Tokyo

Het kunstmatige klimaat in het Fog Forest in het Showa memorial park van ontwerper Atsushi Kitagwa zorgt voor een geheimzinnige sfeer doordat uit een lange balancerende cilinder, bekleed met geperforeerde aluminium panelen, waterdamp als mist over de paden en heuvels uitstroomt (figuur 7).

Het ontwerpen van "onbehaaglijke" ruimten is niet zonder risico’s omdat de perceptie van gebruikers niet goed is te voorspellen. Andere niet te beïnvloeden factoren kunnen de perceptie en het gedrag dat erop volgt bepalen. Bovendien worden ruimten vaak anders gebruikt dan de ontwerper voor ogen had.