NEWS

(Over)verhitting in de scholen

20-05-20

Technology watch

Analyse van de impact van klimaatverandering en van het hitte-eilandeffect op het zomercomfort van een schoolgebouw

In de afgelopen tien jaar zagen we in Brussel de opkomst van passiefschoolprojecten. Hoewel de doelstellingen in termen van verbruik dicht aansluiten bij de ambities, is dat voor het zomercomfort niet altijd het geval. Sommige energie-efficiënte projecten vertonen meer oververhitting dan wat in de studiefase werd vooropgesteld. Hoe kunnen we deze discrepantie tussen de ramingen van de studie en de effectieve resultaten verklaren? Steunend op onze ervaring inzake passiefgebouwen (scholen, kinderdagverblijven en kantoren) in Brussel, konden we bij MK Engineering verschillende factoren afbakenen:

  • Het effectieve gebruik van het gebouw. Het programma dat aan het begin van de studie werd meegedeeld, is bij de ingebruikname van het gebouw vaak niet meer actueel. Bijvoorbeeld, een computerlokaal veranderde van plaats, een half klaslokaal gepland om een paar uur per week voor de les Nederlands te worden gebruikt, is voltijds bezet, enz.
  • De klimaatgegevens gebruikt voor de simulatie stemmen niet meer overeen met de effectieve metingen van de afgelopen jaren;
  • Het hitte-eilandeffect (hogere temperaturen in stedelijk gebied dan in landelijk gebied) wordt bij de studies normaliter niet in aanmerking genomen, terwijl dat nochtans een feit is.

We focussen hier op deze laatste twee punten.

Klimaatverandering
Het comfort wordt gemeten door statische simulatie (EPB-, PHPP-software) en/of door dynamische simulatie (gedetailleerde studie, uur per uur, van de toestand van het modelgebouw).

Het door de EPB- en PHPP-software gebruikte klimaatbestand dateert van 1979[1], 40 jaar geleden, en dat van de dynamische simulatie betreft een typisch "IWEC" jaar [2], getrokken uit metingen van 1982 tot 1999 of een tijdspanne van ± 30 jaar. Is het klimaat sindsdien veranderd?

Uit de onderstaande grafiek (Figuur 1) blijkt dat de gemiddelde jaartemperatuur in Ukkel sinds deze metingen met ongeveer 1 ºC steeg. Deze grafiek toont eveneens klimaatvoorspellingen voor de komende jaren volgens min of meer pessimistische scenario's.


Figuur 1: Evolutie van de gemiddelde jaartemperatuur in België (bron: KMI[3])

De onderstaande figuur (Figuur 2) toont de resultaten van een studie die we uitvoerden om het risico van oververhitting te beoordelen voor een school die in de lente uitzonderlijk hoge temperaturen optekende, terwijl de school volgens de geldende normen gemodelleerd was. We vergelijken de resultaten van de basissimulatie uitgevoerd met het IWEC-klimaatbestand (1982-1999) met die uitgevoerd met hypothetische klimaatgegevens waarbij rekening werd gehouden met de opwarming van de aarde in 2020, 2050 en 2080[4] volgens een pessimistisch scenario dat aansluit bij het scenario RCP8.5 van figuur 1.


Figuur 2: aantal uren oververhitting in het gesimuleerde schoolgebouw, rekening houdend met de opwarming van de aarde (MK Engineering)

We stellen vast dat met toepassing van het basisklimaatbestand (IWEC) de doelstelling voor het passiefcertificaat werd bereikt, te weten minder dan 5% van het aantal bezettingsuren van de lokalen boven 25 ºC, terwijl dit criterium in meer ongunstige omstandigheden, rekening houdend met de opwarming van de aarde, wordt overschreden en in 2050 zal verdubbelen en in 2080 vervierdubbelen.


Figuur 3: binnentemperatuur begin september voor het IWEC-klimaatbestand en de voorspellingen voor 2020, 2050 en 2080, voor een gegeven school, zuidelijk gericht klaslokaal (MK Engineering)

De bovenstaande grafiek (figuur 3) geeft het verloop weer van de binnentemperaturen voor het IWEC‑klimaatbestand en zijn extrapolatie in 2020, 2050 en 2080. Hieruit blijkt dat, zelfs in het tussenseizoen, de temperatuur kan stijgen en ongemak kan veroorzaken, en dat het in de toekomst moeilijker zal worden om het zonder actieve koeling te stellen.

Hitte-eilandeffect
Een andere belangrijke parameter is het hitte-eilandeffect (urban heat island effect). Ten opzichte van het platteland kan in de stad namelijk een temperatuurverschil worden opgetekend van 2 ºC tot 3 ºC[5] (figuur 4). 's nachts is dat verschil nog groter, wat een grote impact heeft op nightcooling die in de stad dus veel minder efficiënt kan blijken te zijn dan verwacht.


Figuur 4: Cartografie van het hitte-eilandeffect in Brussel door Vito[6]

Wanneer we bij de dynamische simulatie rekening houden met dit hitte-eilandeffect[7], stellen we vast dat in dit geval, waar nightcooling een overwegende factor is in de koelstrategie van de school, het comfortcriterium wordt overschreden (Figuur 5), zelfs met het basis IWEC-klimaatdossier. 


Figuur 5: aantal uren oververhitting in het gesimuleerde schoolgebouw, rekening houdend met het hitte-eilandeffect (MK Engineering)

Wat we hierover onthouden…
Oververhitting in energie-efficiënte gebouwen is een uitdaging voor het ontwerp van de huidige gebouwen. De ontwerpers, in overleg met de opdrachtgever, moeten anticiperen op de evolutie van het programma.

Op het niveau van het klimaatontwerp moet het comfort worden getoetst op basis van een extreem jaar en zal het belangrijk zijn de gebouwen met toekomstige klimaatmodellen te simuleren om ervoor te zorgen dat het comfort binnen 20 jaar nog altijd kan worden bereikt.

De voorkeur moet uitgaan naar passieve oplossingen (zonweringen, thermische inertie met nightcooling), maar hun studie moet rekening houden met deze klimaatparameters, alsook met het hitte-eilandeffect. De bouwkundige ontwerpen van de gebouwen zullen waarschijnlijk moeten worden herzien om deze oververhitting te verminderen en, in laatste instantie, een beroep te doen op actieve systemen. Deze studie betreft uitsluitend het zomercomfort. Uiteraard hebben deze externe factoren ook een impact op het ventilatiesysteem en op de keuze van de dikte van de isolatiematerialen voor de verwarming.

Vond u dit artikel interessant en wilt u graag meer weten, dan kunt u terecht op de website www.mkengineering.be waar een vollediger studie beschikbaar is!

Auteurs: Mirjana Velickovic et Corentin Voglaire

Legende en copyright van de hoofdfoto: ©TRAIT architects Zonnebescherming is de eerste verschansing tegen oververhitting in gebouwen. Dit project illustreert verschillende architecturale systemen ter bescherming tegen de zon: luifels, schuifluiken, vaste elementen, klapopeningen en vegetatie. 

Lees ookGecertifieerd hout: Het hernieuwbare bouwmateriaal bij uitstek, To cure or to care?De ESCO's en de EPC's ten dienste van de renovatieDit bouwmateriaal kent een heropleving, en terecht!

[1] Dogniaux, R. en Lemoine, M. Recherches « Performances du bâtiment », biennale 1977-1979. Recherche Confort thermique et visuel. Thème I. Périodes météorologiques. Brussel, IC-IB, 1980.

[2] ASHRAE. International weather for energy calculations (IWEC Weather Files) user’s manual and CD-ROM. ASHRAE Atlanta; 2001.

[3] https://www.meteo.be/nl/klimaat/de-klimaatvooruitzichten-voor-2100

[4] M.F. Jentsch, A.S. Bahaj, P.A.B. James, CCWorldWeatherGen, Climate change world weather file generator, Version 1.8, University of Southampton, 2013.

[5] https://leefmilieu.brussels/themas/lucht-klimaat/ozon-en-hitteplan/cartografie-van-de-koelte-eilanden-brussel

[6] http://www.urban-climate.eu/services/eu_cities/

[7] Kershawa, T, Sandersonb, M, Coleya, D, Eamesa, M. « Estimation of the urban heat island for UK climate change projections », Building Serv. Eng. Res. Technol. 31,3 (2010) pp. 251–263.

Onze partners