de Intelligente gevel (NL)

. Een actief medium voor ~omfort- en energiebeheersing

Jaco ~aartsen I Jan Brouwer I Henk Mihl

De intelligente gevel

Jaco Haartsen, Jan brouwer, Henk Mihl

Inleiding Een 'intelligente' gevel kan zich passief of actief aanpassen, zowel aan de behoeften van de gebruikers van het gebouw als aan de steeds wisselende klimaatomstandigheden waaraan de gevel is blootgesteld en tegelijk het energieverbruik benodigd voor het handhaven van een gewenst comfort minimaliseren. In het ideale geval zullen gevel en gebouwtechniek energieneutraal opereren. De 'intelligente' gevel maakt daarbij optimaal gebruik van de natuurlijk aanwezige energiebronnen, zoals zonnestraling en luchtstromingen, zal deze, al dan niet gemodificeerd, aanwenden indien zij een positieve bijdrage leveren aan het comfort en de energiehuishouding van het gebouw en deze of andere belastingen juist weren indien zij comfort of energiehuishouding negatief beïnvloeden, Dit tot het inwendige van het gebouw doorlaten, weren of modificeren c.q. transformeren van zonnestraling en luchtstromen vereist een opbouw en/of samenstelling van de gevel waarbij ofwel de toegepaste materialen, danwel de elementen waarvan de gevel is opgebouwd kunnen reageren op vanaties in aard, richting of hoeveelheid van de op de gevel vallende zonnestraling en luchtstromen, Daarnaast zal altijd een afweging moeten wonden gemaakt tussen de behoeften van de gebruikers - het gewenste comfort - de natuurlijke middelen die hiervoor ter beschikking staan en de mate waarop de gevel deze kan beïnvloeden om ze optimaal in te zetten om het gewenste comfort te bereiken en indien hieraan niet kan worden voldaan, het inschakelen van de aanwezige gebouwinstallaties. Dit alles binnen bepaalde grenzen teneinde het energieverbruik te minimaliseren. Voor het in het gebouw toelaten van zonnestraling (licht en warmte ) komen uitsluitend transparante of translucente materialen in aanmerking, waarbij - ook vanwege andere overwegingen - het materiaal glas een voorname positie inneemt. Transparante materialen zijn ook gewenst om de relatie binnen-buiten te onderhouden. Sinds de energiecrisis in 1973/74 heeft de glasindustrie in hoog tempo nieuwe producten op de maakt gebracht die het imago van glas -enerzijds als veroorzaker van oververhitting en anderzijds als verantwoordelijk voor grote warmteverliezen - moesten opvijzelen. De studie die Mike Davies in 1981 in dit kader voor de firma Pilkington verrichte is hierbij ongetwijfeld van grote betekenis geweest Als resultaat van deze studie, samengevat in het artikel 'A Wall for all Seasons' pleitte hij voor de ontwikkeling van een 'polyvalente wand'. Deze uit meerdere lagen opgebouwde gevel, aan de buitenzijde voorzien van glaspanelen, moest de energiestromen door de gevel - van binnen naar buiten en omgekeerd - controleren en reguleren, waarbij de daarvoor benodigde energie door het element zelf zou worden geleverd.

Aan het eind van de tachtiger jaren groeide het besef dat een milieuvriendelijker en ecologisch meer verantwoorde wijze van bouwen noodzakelijk is om het milieu niet verder te belasten, Ook werd men zich door de oliecrisis bewust dat de hoeveelheid fossiele brandstoffen eindig is en dat naast het reduceren van het energieverbruik naar duurzame energiebronnen moest worden gezocht. Vooral de zonnestraling die op de gevel vak biedt een groot potentieel aan vrijelijk in grote hoeveelheden aanwezige energie. De gedachte deze energie te gebruiken bracht een grote ommezwaai in het ontwerpen van gebouwen, omdat daarvoor juist werd getracht zoninstraling zoveel mogelijk te voorkomen en het binnenklimaat door middel van klimaatinstallaties te reguleren. Het bleek echter zeer goed mogelijk om met behulp van de nieuw ontwikkelde glasproducten de zoninstraling te gebruiken wanneer deze een positieve bijdrage levert aan het binnenklimaat en deze te weren indien de straling het binnenklimaat teveel belast. In de praktijk komt het erop neer dat in het koude jaargetijde. en in voor- en najaar zonnestraling wordt doorgelaten, waardoor warmtewinst wordt verkregen en daglicht kan worden gebruikt voor verlichting. In de zomer is warmte-instraling vaak niet gewenst en wordt deze geweerd. De hoge lichtniveaus kunnen verblinding veroorzaken, waardoor wordt getracht directe zoninstraling te weren. Om te voorkomen dat dit alsnog leidt tot het inschakelen van de kunstverlichting, wordt diffuus licht doorgelaten, of het invallende licht omgebogen. Naast het gebruik van zonnestraling wordt ook gekeken naar het gebruik van verse lucht voor ventilatie van de binnenruimte zonder gebruik van mechanische systemen. De tot nog toe gebruikelijke systemen met een centrale luchtinlaat conditionering van de lucht, toe- en afvoer middels forse ventilatiekanalen en een centrale luchtuitlaat worden (weer) vervangen door ventilatie via de gevel. rechtstreeks van buiten. Door gebruik te maken van drukverschillen tussen binnen en buiten en op verschillende gevels, alsmede van luchtverplaatsing door thermiek blijkt het vaak mogelijk om op een natuurlijke wijze te ventileren. Grote drukverschillen die het comfort nadelig kunnen beïnvloeden kunnen worden voorkomen; anderzijds kunnen drukverschillen middels bouwkundige voorzieningen worden vergroot als de aanwezige drukverschillen door luchtstroming te gering zijn om voldoende ventilatie te waarborgen.

Naast de ontwikkeling van nieuwe materialen en producten vraagt dit om nieuwe technische gebouwconcepten. De interactie tussen buitenklimaat, bouwkundige voorzieningen en het door installaties ondersteunde binnenklimaat worden hechter en vanwege de grotere dynamiek complexer. Zo is met stationaire berekeningen niet langer het binnenklimaat te voorspellen en zal met dynamische modellen het gedrag van het gebouw moeten worden beschreven. Met het veranderen van de ontwerpopgave zal ook het ontwerpproces moeten veranderen. Alleen door een integrale benadering zijn dergelijke gebouwconcepten te realiseren. Dit betekent een intensieve samenwerking tussen architecten, gevelontwerpers en adviseurs, waarbij allen vroegtijdig bij het ontwerpproces worden betrokken.

Intelligentie is onderhand een te pas en te onpas gebezigde term wanneer het over gebouwen gaat en de wijze waarop deze gebouwen tot stand komen. Getracht wordt enig inzicht te verstrekken in het begrip 'intelligentie' en hoe 'intelligentie' toepassing kan vinden in de architectuur Een vijftal geveltypen wordt onderscheiden, zowel chronologisch als naar functionele werking en naar constructieve opbouw. Dit om inzicht te krijgen in de ontwikkeling van gevels zoals die heeft plaatsgevonden en hoe gevels zich in de toekomst kunnen ontwikkelen. Daarbij zullen comforteisen en weersomstandigheden een grote rol gaan spelen. Dit wordt getoond aan de hand van recent ontworpen gebouwen. Daarmee lijkt de weg naar 'de intelligente gevel' en 'het intelligente gebouw' definitief ingeslagen. Of dit voldoende reden tot juichen is, zal de komende jaren moeten blijken.

1. Intelligentie en gebouwen Her Intelligente Gebouw? De kwalificatie 'intelligent' wordt momenteel te pas en te onpas gegeven. Maar wat maakt een gevel of gebouw nu intelligent? Een gebouw waarbij een computer beslist waneer de ramen open mogen of wanneer de verlichting wordt uitgeschakeld krijgt al snel het predikaat 'intelligent' opgespeld. Om te kunnen beoordelen of een dergelijk gebouw dit predikaat ook verdiend moet intelligentie worden beschreven en de voorwaarden voor 'intelligentie' worden vastgesteld. Daarnaast moeten we onderscheiden of het gebouw of de gevel zelf intelligent is, of het intelligent bedacht of gemaakt is, of dat het op een intelligente manier reageert Of is het juist een combinatie van deze zaken waardoor een gebouw de titel 'intelligent' verdient Om gevelintelligentie vast te stellen zal bekeken moeten worden welk intelligent gedrag deze vertoont; een vorm van kunstmatige intelligentie dus, beter bekend als Artficial Intelligence.

Artificial Intelligence Artificial Intelligence (AI) wordt omschreven als 'de mogelijkheid van een kunstmatig mechanisme om intelligent gedrag te tonen'. Artificial Intelligence is ook de naam van het vakgebied waar kunstmatige mechanismen die een zekere intelligentie tonen, worden ontwikkeld en bestudeerd. De term nodigt uit tot filosofische speculaties over wat bepalend is voor de geest of intelligente. Terwijl veel onderzoek wordt verricht naar alle aspecten van AI, bestaat er de zorg - bij anderen scepsis - dat zowel ontwikkeling en verwachtingen van AI overschat worden. De tot nu toe ontwikkelde AI-toepassingen zijn primitief in vergelijking met de soorten intuïtieve benadering en inductie waartoe het menselijk brein in staat is. Grote verwachtingen zijn gewekt op het gebied van expertsystemen, of op kennis gebaseerde expertprogramma's die. hoewel sterk bij het beantwoorden van vragen op een specifiek gebied, desondanks nog niet in staat zijn tot enige vorm van toepasbaar of werkelijk intelligent redeneren. Voorbeelden van intelligente systemen zijn bijvoorbeeld computerprogramma's die helpen bij medische diagnoses, geologisch onderzoek juridische redeneringen, spraak- en beeldherkenning. taalverwerking, probleemoplossing en leren. Veel van deze systemen zijn verre van perfect De meeste echter zijn waardevol gebleken bij het doen van onderzoek en in specifieke praktische situaties.

Karakteristieken van Artificial Intelligence Tot nu is er geen algemeen geaccepteerde theorie ontwikkeld op het gebied van Al. deels doordat het een zeer jonge wetenschap is. Er wordt echter verondersteld dat op het hoogste niveau een AI-systeem input moet ontvangen van zijn omgeving, een actie of antwoord moet vaststellen en vervolgens output moet leveren aan zijn omgeving. Dit vereist een mechanisme voor de interpretatie van de input Onderzoek naar dit. aspect richt zich op spraakherkenning' visie en taalverwerking. De geïnterpreteerde input moet overgedragen worden in een vorm die door de machine of een mechanisme bewerkt kan worden, Voor dit probleem wordt een beroep gedaan op technieken van kennisoverdracht Het geinterpreteerde wordt samen met eerder verkregen kennis intern gemanipuleerd door een mechanisme of algoritme, om tot een interne overdracht van de respons of actie te komen. Hiervoor zijn technieken van expert redeneringen, common sense redeneringen. probleem oplossen, planning

signaalinterpretatie en leren nodig. Tenslotte moet het systeem een respons construeren die effectief zal zijn naar zijn omgeving. Dit vereist technieken voor het genereren van natuurlijke taal. Hoewel zeker de afgelopen jaren vorderogen op alle terreinen zijn geboekt, zijn er nog geen toepassingen ontwikkeld die alle karakteristieken naar behoren vervullen. Voor gebouwen zijn toepassingen op korte termijn dan ook niet te verwachten. Wel is het nu zaak om criteria op te stellen waaraan dergelijke toepassingen moeten voldoen.

Intelligentie bij gebouwen In het kader van een studie naar intelligente gebouwen werden deze gedefinieerd als 'gebouwen die voor een snel reagerende effectieve en ondersteunende omgeving zorgen, waarin organisaties (gebruikers) hun bedrijfsdoel en -plan kunnen verwezenlijken' .Hoewel dit aangeeft waarvoor een intelligent gebouw dient is hiermee nog niet aangegeven wat een intelligent gebouw is. In de meest eenvoudige definitie zal een intelligent gebouw intelligent gedrag moeten tonen. Daartoe dient het gebouw een systeem te bezitten dat input vanut de omgeving genereert, deze interpreteert. een respons formuleert en dit als output aan de omgeving overdraagt Intelligente veronderstelt dat de respons en de daarop gebaseerde output een verwachte input oplevert Als de werkelijke input niet met de verwachte input overeenkomt zal het systeem moeten onderscheiden of dit het gevolg is van onjuiste output of dat de input door verandering in de omgeving is gewijzigd. Vervolgens zal een nieuwe respons worden geformuleerd en door het systeem worden opgeslagen. Dit stelt het systeem in staat om te 'leren'. Bij het vaststellen van de respons wordt gebruik gemaakt van bovenvermelde technieken als common sense redeneringen, probleem oplossen e.d. In het algemeen zal een intelligent systeem bestaan uit sensoren, een communicatienetwerk een responsie-eenheid en 'actoren'. In de huidige praktijk met de huidige technische mogelijkheden betekent dit meestal een systeem met klimaatsensoren, stuurmotoren een centrale regeleenheid (computer), eventueel gecombineerd met decentrale eenheden, en een (kabel)netwerk dat het geheel met elkaar verbindt. Aangezien veel gebruikers van gebouwen al beschikken over een netwerk en computers (decentraal en centraal) voor de bedrijfsvoering ligt het voor de hand dit te combineren met het systeem voor gebouwintelligentie. De vraag die al eerder aan bod had moeten komen is: waarvoor dient gebouwintelligentie. In de eerder genoemde studie worden drie hoofddoelen voor de gebruikers van het gebouw onderscheiden: ruimte, gebouw- en bedrijfsmanagement Vervolgens worden drie gebieden respectievelijk voorwaarden onderscheiden om tot een intelligent gebouw te komen. 1. 2.

3.

De gebouwstructuur moet effectief georganiseerd zijn om informatietechnologie (IT) te integreren en voor de organisatie groei en flexibiliteit mogelijk te maken; Toepassing van IT om de kosten te verlagen en prestaties te verbeteren. Dit houdt in: • systemen voor automaatsering van het gebouw (klimaat-, verwarmings-, ventilatietechniek) met de mogelijkheden voor individuele regeling door de gebruiker, • ruimtemanagement om veranderingen, ruimtegebruik en toegangscontrole te besturen; • ondersteunen van externe communicatie, gegevensverwerking en -opslag om de presentatie en verwerking van deze informatie te verbeteren. Beschikbaarstelling van geïntegreerde technologie en het verrichten van diensten: efficiënte organisaties hebben integreerbare en makkelijk te assimileren managementinformatie nodig.

Domotica Op het gebied van de woningbouw wondt al langer gesproken over 'de intelligente woning' en de daarmee samenhangende automatisering van de woning. We spreken dan van Domotica, een samenvoeging van domus en robotica waarmee automatisch gestuurde systemen en apparaten worden aangeduid die bepaalde functies van de gebruikers overnemen. Deze functies richten zich in hoofdzaak op vijf onderdelen: • • • • •

comfortverhoging en gebruiksgemak vergroting van de veiligheid (en het veiligheidsgevoel); hulp, met name voor ouderen en minder validen; informatievoorziening; efficiency en energiebesparing.

Informatie- en computertechnologie vormen een belangrijk onderdeel van of zelfs voorwaarde voor gebouwintelligentie. Integratie van systemen voor IT zal daarbij steeds belangrijker worden. Dit leidt tot • koppeling van losstaande apparatuur (stand alone) tot netwerken; • integratie van toepassingen en systemen, • interactiviteit, met de verschuiving van een aanbod- naar een vraagmark (Build-to-order, levering op afroep e.d.); • integratie van producten en dienstverlening (b.v. het leasen van een verwarmingsketel bij het gasbedrijf die via een netwerk de prestaties van de ketel controleert, indien nodig bijstek en je opbeft om een afspraak te maken voor een onderboudsbeurt of vervanging van de ketel). Als netwerkverbindingen kunnen de bestaande leidingstructuren dienen (telefoon-, kabel- en elektriciteitsnet) of nieuw aan te leggen glasvezelnetten. Bestaande netwerken hebben hun beperkingen wat betreft capaciteit en bandbreedte, nodig om de extra informatieoverdracht mogelijk te maken. Wel liggen momenteel de kosten voor dergelijke netwerken hoger, maar de verwachting is, dat dit snel zal veranderen. Voornaamste belemmering voor vooruitgang in de gebouwsysteemtechniek ligt in het ontbreken van internationaal aanvaarde standaards. Nu nog maken veel bedrijven gebruik van hun eigen standaards, meestal om reden van klantenbinding. De ontwikkeling naar open systemen die in de IT al langer zichtbaar is, is in de gebouwtechniek helaas nog niet doorgedrongen. Met do toename van het gebruik van dergelijke systemen en de wens van gebouwgebruikers om deze te integreren met de al aanwezige IT-svstemen, zal dit echter niet lang standhouden. Overige ontwikkelingen zijn: • • • •

lCT in de plaats van transport, zoals telewerken, telewinkelen, telebediening; ontwikkeling van nieuwe hard- en software, als sensoren, aansturingen, intelligente apparaten met embedded systems, mogelijkheid op afstand te controleren, aan te sturen en software aan te passen; miniaturisatie; draadloze communicatie en bediening.

lCT kan ook bijdragen aan vedagen van het energiegebruik o.a door beïnvloeding van het gebruikersgedrag. Als gebruikers inzicht krijgen in het energieverbruik als gevolg van hun handelen, kan op dit verbruik met 10 - 15% worden bespaard. Dit kan eenvoudig door een display op het verbruiksapparaat of bijvoorbeeld via weergave op computer of TV. Er zijn drie mogelijkheden voor beïnvloeding van het gebruikersgedrag • • •

instructief, de gebruiker krijgt voor het starten van de handeling informatie over de gevolgen op het energieverbruik besluitvormend, tijdens het uitvoeren van de handeling wondt de gebruiker geïnformeerd over het actuele verbruik evaluerend, na de handeling krijgt de gebruiker informatie over de hoeveelheid energie die verbruikt is.

Bij de eerste twee mogelijkheden kan de gebruiker direct zijn gedrag aanpassen op basis van de gegeven informatie; hij kan besluiten een bepaalde handeling op dat moment niet te doen. Informatie achteraf is meer geschikt voor evaluatie op hoofdlijnen. Dergelijke beïnvloeding van het gebruikersgedrag heeft een blijvend effect over langere termijn en kan als duurzaam worden aangemerkt

2.

Gevelstudies

Categorisering Van Gevels Voor studie naar de intelligente gevel is het van belang om gevels te ordenen en te typeren. Voor deze studie zijn drie aspecten aan te geven die van belang zijn: 1 - ontwikkeling in de tijd; 2 - functionele werking, 3 - (constructieve) opbouw en samenstelling.

Ontwikkeling in de tijd Tot voor enige eeuwen geleden werden de gevels van Europese gebouwen gekenmerkt door zware wanden met kleine openingen. Door de kleine openingen was de zoninstraling gering en in de wintersituatie het wamteverlies beperkt. Het grote warmteopnemende vermogen van de dikke wanden bij relatief kleine kameroppervlakken zorgde ervoor dat vrijwel alle van buiten invallende en de binnen geproduceerde warmte-energie door de wanden werd opgenomen. De lage warmtebelasting tezamen met het grote wamteaccumulerende vermogen resulteerde in een vrij constant koel binnenklimaat in de zomer en in een onbehaaglijk binnenklimaat in de winter. Vooral het slecht isolerende vermogen van de buitenwanden zorgde voor lage oppervlaktetemperaturen het binnenleven ach dan ook voornamelijk rond de vuurplaats af ver verwijderd van de buitenwanden. Door ontwikkeling van de architectuur en bouwtechniek en het afnemen van oorlogsdreiging veranderden ook de bouwvormen, waaronder de gevel grotere vensteropeningen zorgden voor een grotere lichtinval en dus een betere ruimteverlichting. Gelijktijdig namen de wamt-instraling gedurende de zomerperiode en het warmteverlies tijdens de winterperiode toe. Het onveranderde hoge warmteaccumulerende vermogen van de gebouwen zorgde ervoor dat in de zomer de binnentemperatuur, ondanks de toegenomen warmtebelasting, toch aangenaam bleef. De toepassing van tegelkachels tussen de 15e en 18e eeuw maakte het mogelijk om meerdere ruimten met schachten tegelijk te verwarmen, waardoor het comfort werd verhoogd. In tegenstelling tot bovengenoemde bouwvormen in gematigde klimaatzones, ontwikkelden zich in warmere gebieden andere bouwwijzen. Hier werden woonvertrekken onder de grond gesitueerd om de aardkoelte te gebruiken en werden luchtstromen opgewekt met thermische trek om het thermisch comfort te verbeteren. Opgaande bouwvormen werden evenals die uit de Middeleeuwen in de gematigde klimaatgebieden massief gemaakt Kleine vensteropeningen zorgden voor een nog net toereikende verlichting bij geringe warmte-instraling. Een natuurlijke doorsluizing van gebouwen vond plaats door via de begane grond aangezogen en door thermische trek via de binnenplaats afgevoerde opgewarmde lucht.

De industrialisatie en de daarmee gepaard gaande verstedelijking alsmede de niet te vergeten exponentiele bevolkingsgroei, betekenden een periode waarin niet de comforttoename, maar uitsluitend de huisvesting van een groot aantal mensen op een beperkte oppervlakte centraal stond. Bouwsnelheid en kostprijs stonden daarbij voorop, hetgeen resulteerde in afname van de wanddikte. Voor verwarming van de binnenruimte werd men grotendeels afhankelijk van kolengestookte kachels Slecht verlichte vertrekken met verontreinigde binnenlucht waren eerder regel dan uitzondering. De nieuw ontstane bouwvormen, die van de productiegebouwen, brachten nieuwe eisen met zich mee zoals voldoende lichtinval voor taakverlichting. Het binnenklimaat liet wat temperatuur en luchtkwaliteit betreft echter te wensen over. De ontwikkeling van nieuwe bouwmaterialen as gietijzer, (gewapend) beton en staal het beschiknaar komen van glas in grotere afmetingen, alsmede een toenemend gezondheidsbesef zorgde uiteindelijk begin deze eeuw voor een grote verandering in zowel bouwvormen as bouwwijze. 'Licht en lucht' was het devies, wat zich uitte in skeletvormige constructies met open gevelvlakken, bij een minimale dikte van de gevel. In sterk verstedelijkte gebieden was dit niet mogelijk Een optimaal grondgebruik en zwaar verontreinigde buitenlucht stelden andere eisen. Hier werd de oplossing gezocht in de techniek. Elektrische verlichting zorgde voor verlichting van dieper gelegen vertrekken en volledige klimaatsystemen zorgden voor een acceptabel binnenklimaat zowel voor wat betreft toevoer van (gezuiverde) buitenlucht als verwarming en koeling. De gevel had hier geen andere functie meer dan uitzicht bieden en verlichting van aan de gevel gelegen vertrekken. Door belendende gebouwen was ook dit uiterst beperkt De gevel was verworden tot een scheiding van binnen- en buitenlucht met niet veel meer dan een esthetische waarde. De energiecrisis van 1973 bracht hierin verandering. De gedachte dat de energiebronnen eindig waren, of meer nog het bewust worden van de afhankelijkheid van fossiele brandstoffen - voornamelijk aardolie - als energiebron en daarmee de afhankelijkheid van een beperkt aantal olieleverende landen, zorgde voor een herbezinning van de inzet van energieconsumerende apparaten. Een toenemend milieubesef de milieu-beweging wist feilloos in te spelen op het zich wijzigende bewustzijn - zorgde dat ook de emissie van schadelijke stoffen aandacht kreeg. Tegelijkertijd groeide de weerstand tegen volledig geklimatiseerde gebouwen die verantwoordelijk werden gehouden voor het 'Sick Building Syndrome'. Hierdoor ontstonden gebouwen die werden gekenmerkt door: • hogere isolatiewaarden; • te openen vensterdelen voor natuurlijke ventilatie'. • toepassing van klimaatbuffers (zoals atria); • betere warmte- en zonwering • benutting van wamteaccumulatie; • toepassing van warmteterugwinningsinstallaties. De gevel ontwikkelde zich in het kort van enkel scheiding tussen binnen en buiten (de enkele muur met enkelglas vensters) via de spouwmuur met isolatievulling en dubbelglas vensters, naar additieve gevels (gevels met toevoeging van allerhande constructies zoals zonwering) en dubbele gevels. Deze laatste zijn te onderscheiden in gevels met dubbele ramen, met klimaatramen en de zogenaamde tweedehuidfaçade.

Functionele werking Een aantal aspecten bepaalt in hoofdzaak de werking van een gevel. In de loop van de tijd zijn deze aspecten veranderd of zijn ze meer of minder belangrijk geworden. Deze aspecten hebben voornamelijk betrekking op het biologisch functioneren van de mens, de zintuiglijke ervaring en veiligheid. De legitimiteit van artificiële omstandigheden ligt in het feit dat het meer mogelijkheden biedt voor het functioneren van mensen dan natuurlijke omstandigheden. De artificiële omstandigheden dienen echter wel voorwaarden te scheppen voor het biologisch en psychologisch beter functioneren teneinde ook andersoortige activiteiten te kunnen verrichten. De activiteiten die in een ruimte plaatsvinden stellen op hun beurt ook eisen aan het functioneren van de gevel. Verschillende gevels vervullen dus verschillende functies. Sommige gevels hebben slechts de functie van regenkering te vervullen, terwijl anderen dienen te voldoen aan de functies van klimaatscheiding, zonwering geluidswering, ventilatie e.d. Hoewel de hoeveelheid aan functies van invloed zal zijn op zowel de complexiteit als de constructieve opbouw, betekent een groot aantal te vervullen functies niet automatisch een complexe gevel met een ingewikkelde constructieve opbouw. Huidige realisaties en te verwachten toekomstige ontwikkelingen laten zien dat gevels van gebouwen transformeren van klimaatscheiding naar klimaatmanipulator De gevel wordt een actief, reagerend onderdeel van de gehele werking van het gebouw om wenselijke binnencondities te bereiken. Hoewel de mate van werking soms moeilijk is te kwalificeren, wordt hier toch getracht de bestudeerde gevels naar hun werking te onderscheiden. Daarvoor worden de eerder genoemde begrippen 'weren', 'doorlaten' en 'bemiddelen' geïntroduceerd. Naarmate de gevel meer of voor meerdere functies bemiddelt, wordt gesteld dat deze intelligenter is, waarbij verder wordt bekeken in hoeverre dit actief danwel passief gebeurt Met actief wordt hier bedoeld dat een externe actie wordt opgeroepen ( b.v. een sensor stek de motor van de zonwering in werking waarvoor elektrische energie nodig is) en bij passief gebeurt dit zonder extra energie, zoals bijvoorbeeld bij polychroom zoals. Gesteld kan worden dat een passief bemiddelende oftewel reagerende gevel intelligenter is, omdat deze minder afhankelijk is van andere mechanismen.

constructieve opbouw en samenstelling De massieve monomateriële gevel heeft zich ontwikkeld naar een samengestelde, gelaagde multimateriële gevel. Prefabricage, snellere bouwmethoden, hoge kwaliteitsnormen, garanties en vele andere factoren maken dit tot een vrijwel continu proces waardoor voortdurend - binnen een 'soort'- gevels anders worden ontworpen en gebouwd. Naarmate de gevel meer functies krijgt te vervullen, kan de complexiteit. groter worden, vooral als die functies beinvloedbaar moeten kunnen zijn door de gebruiker. De meest eenvoudige gevels zijn niet meer dan een klimaatscheiding eventueel met de mogelijkheid van uitzicht De gebruiker kan de werking niet beïnvloeden. Een meer complexe gevel bevat door de gebruiker te openen ramen. Eventueel worden ramen van verschillende grootte toegepast. Aanvulling van de gevel met additionele voorzieningen verhogen de complexiteit. Deze voorzieningen kunnen bijvoorbeeld bestaan uk zonwering (markiezen, uitvalschermen, rolgordijnen e.d.), luiken, tralies en hekwerken. Eventuele bediening geschiedt manueel, de instelbaarheid is redelijk te noemen. Ook kunnen voorzieningen in het vlak van de klimaatscheiding zijn opgenomen: ventilatieroosters, jaloezieën e.d.

Globaal bezien kunnen gevels worden onderscheiden in het aantal lagen dat ze hebben, de plek van de zonregulerende voorzieningen en de wijze waarop de gevel onderdeel vormt van het ventilatiesysteem van het gebouw. Als we bovengenoemde aspecten tezamen bekijken, kunnen we vijf hoofdsystemen voor de gevel onderscheiden: A. B. C. D. E.

autonoom systeem additief systeem geïntegreerd systeem dynamisch systeem intelligent systeem

Vijf Geveltypen 1. Autonome systemen Gebouwen met gevels uit deze categorie zijn tot voor kort veelvuldig gebouwd. Functies van de gevel hebben alleen betrekring op weren of doorlaten, waarbij het gewenste binnenklimaat wordt geoptimaliseerd door toepassing van een meer of mindere mate van klimatisering. Bij kantoorgebouwen wordt veelvuldig gebruik gemaakt van zonwerende beglazing, eerst met gekleurde, sterk reflecterende coatings - de 'spiegelpaleizen' - later door getinte beglazing ondersteund door IR-reflecterende lagen. Bij eenvoudige gebouwen bestaat de klimaatinstallatie uit een centrale verwarmingsinstallatie met radiatoren en mechanische aftuiging bij complexe (kantoor)gebouwen uit een volledige klimaatinstallatie voor verwarming, koeling, ventilatie en evt. vochtregulering. De voornaamste ontwikkeling die deze categorie gevels heeft doorgemaakt is een continue verhoging van de thermische isolatie. Oorspronkelijk werd enkelglas toegepast (k-waarde circa 5,6 W/m2 K) en een ongesoleerde spouwmuur of nauwelijks isolerende borstwering (k-waarde circa 1 W/m2K)

Voorbeeld van een dergelijk kantoorgebouw met een aanzienlijk glaspercentage in de gevel, is het Willis, Faber & Dumas gebouw te lpswich, gebouwd tussen 1971 en '75 en ontworpen door Norman Foster en Partners. De gevel bestaat uit 2 x 2,5 m grote bronskleurige glaspanelen van 12mm gehard enkelglas. De afmetingen werden bepaald door de toenmalige maximale maat van de ovens om het glas te harden. Het betreft hier een vorm van structurele beglazing, waarbij de panelen middels messing hoekverbindingsstukken van 165 x 165mm aan de erboven gelegen panelen werden verbonden. De gevel hangt dus aan de bovenste glaspanelen die met een messing strip aan de dakplaat zijn bevestigt. Horizontale verstijving om de winddruk op te vangen, gebeurt met glazen vinnen van een halve verdiepingshoogte, verbonden met de verdiepingsvloeren en het dasronder gelegen hoekverbindingsstuk Het gebouw wordt volledig geklimatiseerd.

Met de energiecrisis bleek dit type gevel niet langer verantwoord. Enkel glas werd vervangen door isolatieglas (k-waarde 3,0 Wm2K) en de spouwmuur werd gesoleerd (k-waarde circa 0,5 W/m2K). Toepassing van een IR-reflecterende laag (het zogenaamde Low-E glas) doet de k-waarde dalen tot circa 2 W/m2K. Verdere verlaging van de k-waarde valt te bereiken door het vullen van de spouw met een inert gas (Argon 1,3 en Xenon 1,1 W/m2K), het toepassen van kunststof afstandshouders of het aanbrengen van meerdere loshangende IR-reflecterende lagen in een brede spouw, het zogenaamde HIT-glas (twee low-E lagen in een spouw van 6Omm) met een k-waarde van 0,6 W/m2K Grote warmteverliezen zijn hiermee gereduceerd. maar overige aspecten, zoals zontoetreding en helderheidswering worden onvoldoende opgelost. Chromatisch glas en hologrammen kunnen hier verandering in brengen, maar vinden nog geen toepassing door gebrekkige techniek en vanwege hoge kosten.

2. Additieve systemen Gevels worden vaak uitgerust met extra voorzieningen om de invloed van het buitenklimaat op het binnenklimaat te temperen of enigszins te reguleren. Meestal gaat het om zonwerende voorzieningen die overmatige instraling van zonnewarmte moeten tegengaan en verblinding door direct zonlicht moeten voorkomen. Instandhouding van het binnenklimaat wordt nog grotendeels bepaald door de klimaatinstallaties, die zorgen voor verwarming, koeling en ventilatie. We maken onderscheid tussen vaste en beweegbare zonweringen, en tussen zonwering voor, 'in' of achter de gevel.

Vaste Uitwendige Zonwering Een uitwendige zonwering is zeer effectief doordat de door de zonwering opgevangen en in warmte omgezette straling door convectie aan de buitenlucht wordt afgegeven en niet alsnog het binnenklimaat belast, zoals het geval is blij inwendige zonwering. De g-waarde ligt meestal rond de 0,10. Nadeel van dit type zonwering is dat het permanent aanwezig is en dus ook op momenten dat er geen zon is de lichttoetreding door de gevel belemmeren. Een ander nadeel is dat door de uitwendige plaatsing de zonwering onderhevig is aan weersinvloeden, vervuiling en vandalisme en dus reinigings- en onderhoudsgevoelig. Overigens kan dit type zonwering ook worden gevormd met bouwkundige middelen, zoals dakoverstekken, die deze nadelen niet of in mindere mate hoeven te hebben.

Beweegbare Uitwendige Zonwering Dit type zonwering, meestal in de vorm van rolgordijnen, markiezen, uitvalschermen of kabelsystemen kan worden opgetrokken of ingehaald op het moment dat de zon niet schijnt of niet hinderijk is. De lichttoetreding wordt daardoor niet gehinderd op momenten dat dit niet gewenst is. Hoewel deze zonwering in principe beter tegen weersinvloeden vak te beschermen - het wordt dan opgehaald of ingetrokken -vormt het bewegingsmechanisme zelf vaak een kwetsbaar en daardoor onderhoudsgevoelig onderdeel.

Zonwering ‘In’ De Gevel Het gaat hier om zowel beweegbare als vaste zonwering tussen de glasplaten van isolatieglas. Voorbeeld van het eerste type is een systeem met smalle, magnetische verstelbare aluminium lamellen geplaatst in de spouw van isolatieglas. Voorbeeld van een vast systeem is het systeem Oka-Solar, waarbij in de spouw van isolatieglas vaste, driehoekige kunststof profielen zijn ingebouwd. De directe zonnestraling in de zomer wordt naar buiten gereflecteerd terwijl de zonnestraling in de winter door de lagere zonnestand naar binnen wordt weerkaatst Dit is onder andere toegepast in het kantoorgebouw 'Haans' gebouwd in 1992 in Tilburg en ontworpen door Jo Coenen. Een ander voorbeeld is het door Lichtplanung Christian Bartenbach in samenwerking met Siemens ontwikkelde systeem van reflecterende aluminium roosters opgenomen in de spouw van dubbelglas, toegepast in de Congres- en tentoonstellingzaal te Linz ontworpen door Thomas Herzog. Een bijzondere toepassing van dit type gevel zien we bij het Institut du Monde Arabe, gebouwd tussen 1981 en 1987 in Parijs en ontworpen door Jean Nouvel. De zonwering bestaat hier uit aluminium diafragma's. Per paneel van 1,8 bij 1,8m zijn er 73 van drie verschillende afmetingen ingebouwd, die alle door hydraulische motoren, computergestuurd afhankelijk van de zoninstraling worden aangedreven. De mechanismen worden verder beschermd door een inwendig glaspaneel. waarmee dit een dubbele gevel wordt. De spouw wordt echter niet geventileerd, waardoor we deze gevel toch onder de additieve systemen rekenen en niet onder de geïntegreerde gevels. De effectiviteit van dergelijke zonweringssystemen kan variëren met de stand van de zon of de stand van de zonweringsmechanismen, met typische g-waarden tussen de 0,2 en 0,5.

Institut du Monde Arabe

Vaste Inwendige Zonwering Omdat een zonweringssysteem inwendig veel minder onderhoudsgevoelig is, worden hier nagenoeg geen vaste systemen toegepast Wel zijn er toepassingen waarbij de zonwering tevens dient om het licht te reflecteren, bijvoorbeeld in de vorm van een lichtplank Het directe licht wordt van het werkvlak geweerd en via lichtplank en het plafond diep in het vertrek gebracht Voorbeeld hiervan is het belastingkantoor te Enschede Ontworpen door Ruud Roorda. Een ander voorbeeld van vaste inwendige zonwering zien we bij het bedrijfsverzamelgebouw 'Hôtel industriel' te Parijs ontworpen door Dominique Perrault en gereed gekomen in 1990. Hier zijn vaste horizontale lamellen uit aluminium roosters gemaakt, afgewisseld door leidinggoten en ventilatiekanalen. Deze zijn geplaatst achter een volledig beglaasde gevel. De g-waarde hiervan bedraagt 0,52.

'Hôtel industriel' te Parijs Beweegbare Inwendige Zonwering Dit is het meest voorkomende type zonwering het systeem is beschermd tegen weersinvloeden en reiniging en onderhoud is eenvoudig. Tegelijk biedt het de minst effectieve warmtewering, doordat geabsorbeerde zonnestraling in de vorm van warmte middels convectie en straling aan de ruimte wordt afgegeven. Voornaamste functie is dan ook het voorkomen van verblinding. De g-waarde ligt meestal rond de 0,3. Op de markt verkrijgbare systemen bestaan uit horizontale of verticale jaloezieën van stof of aluminium en rolgordijnen.

3. Geïntegreerde systemen Geïntegreerde systemen vormen een integraal onderdeel van de klimaatverzorging in een gebouw. Doel is om het comfort verder te verhogen en gevelbelastingen verder te kunnen reguleren. Dit wordt bereikt door achter de warmteisolerende gevel en de inwendige zonwering een extra glasplaat aan te brengen, en de zo gevormde spouw te ventileren. Het binnenklimaat wordt nog bepaald door de klimaatinstallaties, maar thermische verliezen en koellasten worden verder gereduceerd. Kosten voor reiniging en onderhoud van de zonwering worden verlaagd doordat deze goed beschermd is door de extra glaslaag.

Voorbeelden hiervan zijn het klimaatraam en de klimaatgevel, zoals de afgelopen jaren veevuldig toegepast bij kwalitatief hoogwaardige kantoorgebouwen. De lucht voor ventilatie van de spouw kan zowel boven als aan de onderzijde worden ingevoerd. Indien deze aan de onderzijde wordt ingevoerd is een luchtspleet voldoende. De lucht warmt op door de warmte afgegeven door de zonwering en wordt mechanisch aan de bovenzijde door de luchtinstallatie afgezogen. Ook kan de verse lucht via de verlichtingsarmaturen worden afgezogen, in de spouw worden ingebracht en vervolgens aan de onderzijde door de luchtinstallatie worden afgevoerd. Het tweede systeem heeft als voordeel dat de spouw ook wordt opgewarmd als er geen zonnestraling wordt ingevangen, waardoor de binnenste glasplaat een hogere oppervlakte-temperatuur zal krijgen hetgeen het thermisch comfort in de raamzone verhoogt Typische g-waarden liggen rond de 0,15, wat beter is dan dezelfde gevel zonder extra glasplaat en zonder afzuiging van de spouw, maar niet beter dan een enkele gevel met uitwendige zonwering. Zoals vermeld is het thermisch comfort in de raamzone in de winterperiode wel hoger, en worden de kosten voor de extra glasplaat terugverdiend door de eenvoudiger, vrijwel onderhoudsvrije plaatsing van de zonwering en de mogelijkheid de in de spouw ingevangen warmte via een warmteterugwinningsinstallatie te gebruiken. De omvang van de installaties zelf wordt niet of nauwelijks gereduceerd.

4. Dynamische systemen Bij dynamische systemen wordt getracht de gevel zoveel mogelijk te laten bemiddelen tussen het buiten- en binnenklimaat om een optimaal gebruik te maken van de aanwezige natuurlijke zonnewarmte en luchtstromen en zo het gebruik van klimaatsinstallaties terug te dringen. De gevel wordt onderdeel van de ventilatievoorziening van het gebouw. Indien zonwering en ventilatievoorzieningen automatisch worden gestuurd, spreekt men hierbij meestal al van intelligente gevels.

Recentelijk is een groot aantal van dit type gevels gerealiseerd, voornamelijk in Duitsland en enkele in Engeland. Ook hier bestaat de gevel uit twee lagen waartussen de zonwering is opgenomen. De thermische scheiding bevindt zich nu echter aan de binnenzijde en de extra glasplaat wordt aan de butenzijde aangebracht De spouw heeft een al of niet afsluitbare verbinding mes de buitenlucht en met de erachter gelegen vertrekken. De in de spouw ingevangen warmte door zonnestraling zorgt voor thermische trek waardoor een gedeelte van deze warmte op natuurlijke wijze kan worden afgevoerd. De gemiddelde gewaarde ligt rond de 0,1 en is dus vergelijkbaar met gevels met een uitwendige zonwering. Ook hier is de zonwering echter beschermd tegen weersinvloeden en minder onderhoudsgevoelig, en biedt de dubbele gevel, evenals bij de klimaatgevel, een hogere geluidswering dan een enkele gevel. Voornaamste voordeel van rit type gevel echter, is de mogelijkheid ramen of deuren in de inwendige huid te kunnen openen en zo de vertrekken op natuurlijke wijze te kunnen ventileren. Alleen bij extreme koude of warmte en bij hoge winddrukken is dit onmogelijk Zelfs bij hoogbouw, waarbij de winddruk op hoger gelegen verdiepingen aanzienlijk kan oplopen, blijkt gedurende circa 2/3 van het jaar de vertrekken op natuurlijke wijze te kunnen worden geventileerd. Nadeel van dit systeem zijn de hoge kosten voor de extra glashuid en de noodzaak om toch klimaatinstallaties aan te brengen; ondanks reductie van zowel warmteverliezen als koellasten en de mogelijkheid om gedurende het grootste gedeelte van het jaar op natuurlijke wijze te ventileren, zijn toch installaties voor zowel verwarming, koeling als ventilatie onontbeerlijk om een comfortabel binnenklimaat te waarborgen. Met de huidige energieprijzen zijn de extra investeringskosten zelfs zo hoog, dat deze niet binnen de verwachte levensduur van het gebouw door kostenbesparing op energie worden terugverdiend. Hierbij is overigens ten onrechte de kwaliteitsverhoging door het toegenomen comfort van de gebruikers niet meegerekend. Zouden aspecten als verhoogde arbeidsproductiviteit en lager ziekteverzuim bij mogelijk sterk stijgende energieprijzen - wel worden meegewogen, dan zijn dit type gevels wellicht wel kostendekkend of zelfs besparend uit te voeren.

5 Intelligente systemen Nu al een aantal gevels het predikaat 'intelligent' opgeplakt heeft gekregen, moeten we ons afvragen of dit terecht is gebeurd of dat we pas aan het begin staan van een ontwikkeling die gevels en gebouwen zal voortbrengen die werkelijk intelligent te noemen zijn. In hoeverre is een gevel intelligent als dit slechts betekent dat wat minder vaak dezelfde installaties ingeschakeld hoeven te werden en het jaarlijks energieverbruik weliswaar aanzienlijk wordt gereduceerd maar nog steeds een flinke aanslag op de energievoorraad betekent? Het ideaalbeeld van een zelfvoorzienende, zelfregulerende gevel dat Mike Davies schetste met zijn 'polyvalente wand' is nog niet bereikt Of de intelligente gevel zo moet worden is overigens even oninteressant als de tendens naar het autarkische gebouw of het nulenergie-gebouw. We moeten ons altijd afvragen of de investering in arbeid, materiaal en energie om zover te komen effect heeft of dat deze middelen beter voor iets anders aangewend hadden kunnen worden. Maar het nooit kwaad kan visies te ontwikkelen waarmee we huidige en te verwachten toekomstige problemen kunnen aanpakken.

Voor een internationale architectuurworkshop 'Visions for Europe' ontwikkelde Norman Foster een nieuw gebouwconcept. De dubbele glasgevel bevat een vloeistof dat de zonnewarmte absorbeert wat via een warmteterugwinning kan worden gebruikt om het gebouw 's nachts te verwarmen of voor warm tapwater De draagstructuur bestaat uit holle, water- en luchtvoerende kolommen van staal of beton. Water dat langs de kolomwand naar beneden stroomt zorgt ervoor dat de ventilatielucht wordt gekoeld en gereinigd en aan de voet van de kolommen langzaam in de ruimte wordt ingebracht Via een verticale, eveneens dragende schacht in de kern van het gebouw wordt de lucht afgevoerd.

Voor de ideeënprijsvraag Somphy Innovation Trophy 1998 gevraagd werd een ontwerp voor een dubbele gevel met een mechanische warmte en lichtregulering zonden de auteurs van dit boek een ontwerp in waarbij verschillende gevelzone's verschillende functies vervullen. De bovenste gevelstrook functioneert als lichtraam. Aluminium lamellen reflecteren het licht dat in een bepaalde richting wordt gestuurd door glasfibers en via het reflecterend plafond tot diep in het vertrek wordt geleid. Het daaronder gelegen kijkraam bevat horizontale doeken die verlopen in dichtheid van het weefsel voor het regelen van de licht- en warmtetoetreding (helderheid en zon). Het onderste gevelgedeelte zorgt voor verse lucht De lucht kan worden opgewarmd door deze langs een trombewand te geleiden. De watergevulde trombewand wordt opgewarmd door opvallend zonlicht Ook kan de lucht worden afgekoeld door verdampingskoeling door de lucht langs een doek te leiden waar water tegenaan wordt gesproeid. De opgewarmde en vervuilde lucht wordt via de armaturen afgezogen, door het licht- en kijkraam gevoerd - functioneert als een klimaatraam - en aan de onderzijde van het kijkraam afgezogen via verticale schachten tussen de geveldelen. Vervolgens kan de warmte worden teruggewonnen uit de ventilatielucht en worden gebruikt om bijvoorbeeld het water in de trombewand bij de niet door de zon beschenen gevel te verwarmen, of tijdelijk worden opgeslagen. Hoewel alle aspecten met de gevel te regelen zijn, zullen toch onderdelen moeten worden aangesloten op andere gebouwdelen (b.v. de watertoevoer voor de trombewand en de verdampingskoeling), Ook zal de gevel niet volledig zelfregulerend zijn, maar grotendeels mechanisch moeten worden aangestuurd, automatisch of handmatig. Het ontwerp bleek goed voor de tweede prijs.

3. Naar een intelligente gevel Gevel en Huid De gevel is onderdeel van een aantal 'huiden' en 'schillen', te beginnen met de menselijke huid, die de mens beschermt en comfort venschaft Buiten de menselijke huid is dit meestal eerst een textiele huid in de vorm van kleding die het lichaam helpt een stabiele temperatuur te handhaven. Tussen huid en kleding ontstaat een 'luchtschil' waarin het lucht- en vochttransport wordt gereguleerd en de temperatuur wordt geregeld. De volgende huid is de gebouwgevel. Deze huid zorgt eveneens voor een verdere stabilisatie van de sterk wisselende buitentemperatuur. Tussen gevel en textiele huid vormt zich een tweede 'luchtschil' waarin (vaak met behulp van installaties) een verdere regulering van thermisch-, lucht en vochttransport plaatsvindt De volgende 'huid' wordt gevormd door de scheiding van de troposfeer met de stratosfeer en als laatste huid de scheiding van de aardatmosfeer met het 'luchtledige'. De troposfeer zelf is weer te beschouwen als - de derde - 'luchtschil' welke eveneens zorg draagt voor thermisch. lucht- en vochttransport De troposfeer is de enige luchtlaag waarin levende wezens kunnen ademhalen. De condities in de aardatmosfeer lopen sterk uiteen. Voor gebouwen kunnen we ons beperken tot de 'leeflaag'. dicht bij het aardoppervlak onderdeel van de biosfeer. De directe invloedssfeer van de omgeving op het gebouw is een gebied met een dikte van circa 100 m, maar kan zich voor sommige aspecten, zoals bijvoorbeeld vliegtuiglawaai en klimaatdepressies, gemakkelijk tot enkele kilometers uitstrekken. De 'luchtschillen' zijn wat betreft hun functies goed met elkaar te vergelijken: zij vormen - gerekend vanaf de aardatmosfeer -steeds een verdere limitatie van de klimaatcondities. Door de schuine stand van de as van de aarde ten opzichte van de zon, ontstaan de seizoensinvloeden jaarcyclus). De draaiing van de aarde om haar eigen as zorgt voor de dag- en nachtcyclus.

Voor het bepalen van de uitgangspunten voor een te ontwikkelen gevel is het dus van belang enerzijds de criteria vast te stellen die de mens stelt aan zijn leefomgeving en anderzijds de externe factoren die van invloed zijn op die criteria Vervolgens kunnen de uitgangspunten worden bepaald die aan de gevel worden gesteld. Aangezien de criteria en de externe invloeden niet statisch zijn, zullen ook de uitgangspunten binnen een dynamisch model moeten

worden vastgesteld. Vervolgens moeten worden bepaald voor welke uitgangspunten welke oplossing het meest geschikt is binnen het geheel van maatregelen. Dit moet met een integrale benadering gebeuren. Daarna zal de gegenereerde oplossing moeten worden getoetst aan de wettelijke verordeningen en nonnen. Dit kan eventueel leiden tot bijstelling van de uitgangspunten.

Het mag duidelijk zijn dat een gevel niet los gezien kan worden van het gebouw waarvoor het is bedoeld. Gebouwvorm, oriëntatie en gebouwstructuur zijn van grote invloed op de uiteindelijke concepten van de gevel. Deze relatie is wederzijds; een bepaald gevelconcept zal eisen stellen aan de gebouwstructuur. bijvoorbeeld wat betreft luchtafvoerkanalen, toepassing van atria en dergelijke. Bij de ontwikkeling van een gevelsysteem is deze relate niet bekend of alleen in globale randvoorwaarden te verwoorden. Wel kunnen we uitgaan van bepaalde tvpen gebouwen die een bepaald functioneren van dat gebouw en haar gebruikers veronderstelt Een dergelijke typering en de daaraan verbonden randvoorwaarden zijn echter nog niet voorhanden. De aandacht zijn hier verder voornamelijk uitgegaan naar gevels voor kantoorgebouwen. De randvoorwaarden en eisen zijn hierbij vrijwel standaard. wat een goede vergelijking mogelijk maakt. Alle aspecten komen hierbij aan de orde.

Comfortcriteria Menselijke waarneming gebeurt via de vijf zintuigen: tast, gehoor, smaak ,reuk en zicht de waarnemingen worden in de hersenen geinterpreteerd. Naar gelang de interpretatie, zoals gevaar, fijn, irriterend, saai etc. zullen de hersenen het lichaam - waaronder de zintuigen - activeren. Dit is een tweerichtingen verkeer, de waarneming beïnvloedt de gevoelstoestand van een persoon en andersom zal de gevoelstoestand van een persoon zijn waarneming beïnvloeden. Dit is een cruciaal punt om in gedachte te houden als men probeert leefbare ruimte te creëren met als doel om comfort en welzijn te verschaffen aan gebruikers. Alle waarnemingen zijn van invloed op het ervaren van comfort en welzijn, maar voor gebouwen zijn vooral de volgende factoren hierop van grote invloed: • thermische behaaglijkheid; • hygiënische behaaglijkheid: • visuele behaaglijkheid.

Thermische behaaglijkheid Gebouwen dienen over het algemeen voor het verblijf van personen. die daarin verschillende activiteiten zullen ondernemen. Bekeken moet worden onder welke voorwaarden een optimale productiviteit en thermische behaaglijkheid wordt bereikt De afbeelding toont empirisch verkregen resultaten over de invloed van de ruimtetemperatuur op frequentie en productiviteit bij zittende werkzaamheden. Zoals het diagram laat zien, is het bereik van de thermische behaaglijkheid strak begrensd, evenals het optimum voor geestelijke activiteit en arbeidsinspanning. Vooropgesteld is wel dat de overige invloedsfactoren op de thermische behaaglijkheid ideaal zijn (luchttemperatuur van de ruimte, stroomsnelheid van de lucht, luchtvochtigheid, oppervlaktetemperatuur van de omsluitingsvlakken, kleding, gezondheidstoestand, leeftijd, activiteitsgraad). De thermische behaaglijkheid is bepaald voor die toestand waarin de mens de luchttemperatuur, luchtvochtigheid, luchtbeweging en warmtestraling in zijn omgeving als optimaal ervaart en geen warmere, koudere, drogere of vochtiger lucht wenst De thermische behaaglijkheid en de luchtkwaliteit in ruimten worden beïnvloed door de gebruikers ten aanzien van: • activiteit • kleding • verblijfsduur • thermische belasting en belasting door stof • bezetting (aantal)

door de ruimte ten aanzien van: • oppervlaktetemperaturen • temperatuurverdeling • warmtebronnen • emissiebronnen van schadelijke stoffen

en door de klimaatinstallaties ten aanzien van: • • • • • •

luchttemperatuur luchtsnelheid luchtvochtigheid luchtwisseling luchtverontreiniging luchtleidingen

Door klimaatinstallaties worden zowel de luchttemperatuur als de luchtsnelheid en de relatieve luchtvochtigheid van een gebouw direct beïnvloed. Afscherming van ruimten tegen directe zoninstraling is in bouwkundige vorm aan te raden, aangezien de klimaatinstallaties hierop geen invloed hebben.

Tijdens de verblijfsduur is de samenwerking van luchttemperatuur ta en stralingstemperatuur van de omsluitingsvlakken tt van belang. De temperatuur zoals we die ervaren wordt niet alleen bepaald door de luchttemperatuur ta) maar ook door de stralingstemperatuur van de wanden, vloer en plafond ( tt )Deze gevoelstemperatuur (to) (of operatieve ruimtetemperatuur) wordt vastgesteld met de volgende benaderingsvergelijking. to =0,5(ta + tt ) De gevoelstemperatuur wordt in de regel op een hoogte van 0,1 m, 1,1 m en 1,7 m boven de vloer vastgesteld, waarbij de berekening van de plaatselijke stralingstemperatuur. de oppervlaktetemperatuur en de vlakaandelen naar ratio van hun aandeel worden meegewogen.

De afbeelding toont het bereik van de gevoelsluchttemperatuur in relatie tot de buitentemperatuur. Bij hoge bulten temperaturen in de zomerperiode en bij kort optredende hoge thermische belastingen wordt een verhoging van de ervaren ruimtetemperatuur toegelaten (lichtgrijs gearceerde gebied). Dikwijls wordt de koellast van ruimten niet zozeer door externe belastingen, maar door de interne warmtebelastingen bepaald. Als deze belastingen slechts kort duren, dan mag de operatieve ruimtetemperatuur bij een butentemperatuur beneden de 290C. tot 260C oplopen (donkergrijs gearceerde gedeelte in afbeelding). Bij bepaalde ventilatiesystemen (verdringingsventlatie) kunnen operatieve ruimtetemperaturen in het bovenste gearceerde gebied binnen het bereik van 200C tot 260C zondermeer worden toegestaan. Voor de luchttemperatuur is naast het niveau ook de verticale temperatuursgradiënt in de verblijfszone voor het behaaglijkheidsgevoel van belang. De verticale gradiënt van de luchttemperatuur mag hoogstens 20K per meter verdiepingshoogte bedragen. Daarbij mag de luchttemperatuur op 0,1 m boven de vloer niet lager zijn dan 210C, om fysische problemen te vermijden (warmtepunt van de gewrichten). Eenzijdige verwarming of afkoeling van de mens door ongelijke temperaturen van de omgevingsvlakken kan tot thermische onbehaaglijkheid leiden. Voor de beoordeling hiervan wordt de ruimte vanuit het waarnemingspunt in twee halve ruimten opgedeeld en van deze de verschillende halfruimtestralingstemperatuur berekend of gemeten.

Als grenswaarden voor het verschil tussen de stralingstemperaturen, waarbij thermische behaaglijkheid nog voldoende is, geldt •

voor warme plafond- en vloervlakken

•

voor koude wandvlakken

•

voor gekoelde plafond- en vloervlakken

•

voor warme wandvlakken

(ttH1 – ttH2) 3,5 K (ttH1 – ttH2) 8,0 K (ttH1 – ttH2) 17 K (ttH1 – ttH2) 19 K

Deze waarden gelden voor een ervaren ruimtetemperatuur binnen het behaaglijkheidsbereik en voor personen met lichte tot gemiddelde kleding bij zittende bezigheden. Voor andere omstandigheden kan momenteel geen eenduidig oordeel worden gegeven.

De thermische behaaglijkheid van personen wordt vooral door luchtbewegingen in de verblijfszone beïnvloed. De grenswaarden voor de luchtsnelheid in de verblijfszone zijn afhankelijk van de luchttemperatuur en van de turbulentiegraad van de stroming, zoals weergegeven in afbeelding. Bij operatieve ruimtetemperaturen tussen 200C en 220C is behalve bij mengventilatie (gestippelde gedeelte) - de thermische behaaglijkheid nog voldoende als de in de grafiek weergegeven luchtsnelheden niet worden overschreden. De verschillende curven geven de grenswaarden voor de, over een periode gemeten, gemiddelde luchtsnelheden voor de verschillende turbulentiegraad-bereiken. Een minimale luchtbeweging is nodig voor een noodzakelijk convectief transport van warmte en stof. Dit treedt vanzelf op door vrije convectie bij een warmtebron (persoon of apparaat). Voor de behaaglijkheid ligt de bovengrens van het vochtgehalte van de lucht bijl 1,5 g water/kg droge lucht en 65% relatieve luchtvochtigheid. Over de ondergrens van de relatieve luchtvochtigheid zijn geen vaste waarden te geven. Als behaaglijkheidsgrens kan een relatieve luchtvochtigheid van 30% worden genomen waarbij zo nu en dan onderschrijdingen toelaatbaar zijn.

Hygiënische behaaglijkheid De kwaliteit van de lucht in een vertrek wordt enerzijds bepaald door de kwaliteit van de ventilatielucht en anderzijds door verontreinigingen veroorzaakt door het gebruik en door de ruimte zelf De ventilatielucht bestaat hoofdzakelijk uit 'schone' buitenlucht en eventueel uit omgevingslucht (recirculatielucht) waarvan de kwaliteit in aanmerking moet worden genomen. Recirculatielucht moet zoveel mogelijk worden vermeden en alleen in situaties met geringe verontreinigingen (die door arbeidsprocessen ontstaan) worden ingezet als dit door warmtebelasting noodzakelijk is. De hoeveelheid verse lucht moet zo worden bepaald dat men zeker is van een voldoende afvoer van verontreinigingen. Verder moet men er rekening mee houden dat bij ventileren met recirculatieslucht de wanden van luchtkanalen kunnen verontreinigen. Dok daarom is het raadzaam geen recirculatielucht te gebruiken, tenzij deze uit dezelfde ruimte afkomstig is. Verontreinigingen in de lucht bestaan uit anorganische stoffen en levende organismen. zoals bijvoorbeeld: • gassen en dampen (CO, C02, S02, N0x, 03, radon, formaldehyde, • • • • •

koolwaterstoffen); reukstoffen (bijvoorbeeld microbe afvalproducten van organisch materiaal, menselijke, dierlijke en plantaardige reukstoffen, uitwaseming van bouwmaterialen en arbeidsprocessen): aërosollen (bijvoorbeeld anorganisch stof als vezels en zware metalen, organisch stof zoals koolwatenstofverbindingen en pollen); virussen; bacteriën en hun voortplantingscellen; schimmels en sporen.

In beginsel zal de ventilatielucht voor ruimten buitenluchtkwaliteit bezitten, voorzover de buitenlucht niet door butengewone belastingen verontreinigd is. In verblijfsruimten zonder bijzondere vrijwaring van arbeidsstoffen moet het aandeel omgevingslucht zo worden begrensd, dat op hygiënische gronden toelaatbare bovengrenswaarden niet worden overschreden. Met betrekking tot de concentratie van verontreinigingen in de vertreklucht die door arbeidsprocessen op de werkplek ontstaan, zijn de desbetreffende bepalingen (MAC-waarden) aan te houden. De luchtstromingen in het vertrek moeten zo worden geleid dat de wisseling van de lucht in het vertrek met ventilatielucht evenals de afvoer van verontreinigingen en reukstoffen, zo effectief mogelijk kan gebeuren. Een natuurlijk geventileerde ruimte of een ventilatiesysteem voert effectiever verontreinigingen af, naarmate de ventilatie-effectiviteit groter is. ideale mengstroming; verdringingsventilatie:

ventilatie-effectiviteit ventilatie-effectiviteit

= 1 => 1

De benodigde verse lucht wordt of berekend naar het aantal personen in een ruimte, of naar de oppervlakte van een ruimte, of naar de belasting met schadelijke stoffen van een ruimte. Bij de belasting door schadelijke stoffen vat onderscheid te maken tussen schadelijke stoffen (bijvoorbeeld in productiebedrijven) en verontreinigingen of reukstoffen. De benodigde ventilatiestromen bedragen: • ca 40 tot 60 m3/h persoon voor kantoorruimten; •

ca 20 m3/h persoon voor vergaderruimten; ca 20 tot 30 m3/h persoon voor onderwijsruimten;

•

ca 20 tot 30 m3/h persoon voor ruimten met publieksverkeer.

•

Visuele behaaglijkheid Visuele behaaglijkheid treedt op als het waarnemingsproces in het menselijk brein ongestoord kan verlopen. Verkeerde licht intensiteitsverdeling in het vertrek verblinding, verkeerde kleurweergave en niet aangepaste interieurinrichting beperken het waarnemingsproces. Bij een ongestoord waarnemingsproces worden daarentegen de beginselwaarnemingen van het oog als zichtvermogen, waarnemingssnelheid en onderscheidingsvermogen geoptimaliseerd. Een optimalisatie van het arbeidsproces kan worden bereikt door de lichtintensiteitsverhoudingen in de omgeving van de werkplek af te stemmen op de lichtintensiteitsverhoudingen op de werkplek. Bij werkplekken met een moeilijker zichtopgave, zoals bijvoorbeeld bij kantoorwerk met PC's, moet het onderscheidingsvermogen als criterium voor een stabiel waarnemingsbereik worden aangevoerd. De visuele behaaglijkheid hangt ook af, van voldoende verlichtingssterkte binnen het bereik van de zichtopgave en of verblindingsverschijnselen zoals directe verbinding, indirecte verblinding (reflexverblinding) of verblinding door daglicht worden vermeden. Een volgend criterium, naast de hiervoor genoemden, zijn de kleur van het licht en de kleurtemperatuur. De kleur van het licht definieert de 'kleuraard' van het licht en wordt voor algemene verlichtingstoepassingen in drie groepen verdeeld: • • •

kleurtemperatuur < 3300 K (warm wit) kleurtemperatuur >3300 < 5000 K (neutraal wit) kleurtemperatuur > 5000 K (daglicht wit)

kleurtemperaturen onder 3300 K worden voornamelijk door gloeilampen. halogeen gloeilampen, fluorescentielampen en gasontladingslampen met een hoog roodaandeel voortgebracht. Kleurtemperaturen in het bereik van 3300 tot 5000 K worden door fluorescentielampen voor daglichtaanvulling en gasontladingslampen bereikt. Kleurtemperaturen boven 5000K krijgt men bij speciale fluorescentielampen en gasontladingslampen. Bij lage verlichtingssterkten worden gloeilampen of halogeenlampen als behaaglijk ervaren. Bij hogere verlichtingssterkten zoals bijvoorbeeld in kantoorruimten of expositieruimten zijn wittere lichtdeuren met een groter blauwaandeel (keurtemperatuur rond de 4000 K) te verkezen, Aan visuele behaaglijkheid draagt naast de hiervoor genoemde factoren ook een voldoende schaduwwerking bij (goede herkenbaarheid van verlichte voorwerpen en oppervlaktestructuren - de plasticiteit van bet voorwerp stijgt). De beschaduwing wordt over de verhouding tussen cilindrische belichtingssterkte en horizontale belichtingssterkte gewaardeerd. Deze verhouding mag niet kleiner dan 0,3 zijn, als harde schaduwwerking moet worden vermeden. Een laatste wezenlijk kenmerk voor visuele behaaglijkheid is het zichtcontact met buiten, in sommige gevallen het zicht van buiten naar binnen.

De afbeelding toont een overzichtsdiagram en controlelijst van mogelijke actieve/passieve maatregelen om de behaaglijkheid te verbeteren en maakt de talrijke beinvloedingsfactoren duidelijk

ludrth~

'Dlecklist' voor passieve en acOeVe maatregelen van aanpassing van de optredende belastingen

Klimaatfactoren Hieronder volgt een overzicht van de belangrijkste klimaatfactoren die op een gevel inwerken. Deze worden per factor in het kort gekwantificeerd voor Nederland.

Luchttemperatuur De dagelijkse wisseling van de luchttemperatuur is afhankelijk van de toestand van de atmosfeer. Op onbewolkte dagen zorgt een grote hoeveelheid invallende straling en een ongehinderde uitstraling voor grote temperatuurverschillen gedurende de dag. Op bewolkte dagen is het temperatuur-verloop veel minder groot Hetzelfde geldt in principe voor het verloop van de seizoenen. In de zomerperiode is het op onbewolkte dagen vaak warmer doordat veel straling de aarde bereikt en in de winterperiode juist kouder door de langere penode van nachtelijke uitstraling. In Nederland varieert de gemiddelde temperatuur tussen de 2,30C (januari) en de 16,80C (augustus), de minimum temperatuur (normaal) tussen de 0,00C (januari) en de 12,50C juli) en de maximum temperatuur (normaal) tussen de 4,70C (januari) en de 21,40C (augustus). Het grootste aantal dagen (113) ligt de gemiddelde temperatuur tussen de 100C en 150C (landgemiddelde op jaarbasis). Slechts 2 dagen per jaar ligt de maximum temperatuur boven de 300C en ligt de minimum temperatuur gedurende 3 dagen onder de - 100C (landgemiddelde).

Stralingseffecten Door effecten in de aardatmosfeer zijn de hoeveelheid zonnestraling die het aardoppervlak bereikt veel kleiner zijn dan de zonneconstante. Een gedeelte van de zonnestraling wordt gereflecteerd door wolken, en een gedeelte wordt geabsorbeerd door stoffen in de atmosfeer. Een gedeelte van de straling wordt diffuus weerkaatst door moleculen in de atmosfeer, waarvan een gedeelte als diffuse straling het aardoppervlak bereikt Een gedeelte van de straling wordt door het aardoppervlak weerkaatst, maar het grootste gedeelte van de straling die het aardoppervlak bereikt wordt geabsorbeerd. De straling wordt omgezet in warmte en verwarmt de grond, de lucht en de objecten in de omgeving. Voor gebouwen zijn vijf typen warmtestraling van belang, in volgorde van importantie: 1. 2. 3. 4.

directe kortgolvige straling van de zon; diffuse kortgolvige straling van de hemelkoepel: kortgolvige straling gereflecteerd door het omliggende terrein; langgolvige straling afgegeven door de opgewarmde grond en objecten in de nabijheid; 5. door het gebouw uitgestraalde langgolvige straling.

1&2 Directe En Diffuse Zoninstraling Straling van de zon is verreweg de meest belangrijke natuurlijke bron van verwarming van gebouwen. De straling wordt op zijn weg door de atmosfeer 'uiteengespat' door stof en luchtmoleculen en een gedeelte wordt door de wolken diffuus gereflecteerd terug de ruimte in. Voordat de straling het aardoppervlak bereikt wordt de straling in intensiteit vermindert door verontreinigingen in de lucht en gedeeltelijk geabsorbeerd door bepaalde stoffen in de

atmosfeer, voornamelijk C02 waterdamp en, in hogere atmosfeerlagen, ozon. De stralingsenergie is dus afhankelijk van de afstand die de zonnestralen hebben moeten afleggen door de atmosfeer. Midden op de dag, als de zon het meest verticaal staat en de afstand het kleinste is, is de ontvangen energie het grootst. Op hoger gelegen breedtegraden. waar de hoek van inval kleiner wordt, wordt de afgelegde afstand groter en de ontvangen energie kleiner.

3. Straling Gereflecteerd Door Omliggend Terrein Tijdens de zomerperioden valt er twee keer zoveel zonne-energie op horizontale als op verticale vlakken, zodat omliggende horizontale vlakken een grote hoeveelheid warmte naar het gebouw reflecteren. De hoeveelheid gereflecteerde energie is afhankelijk van de reflectiegraad van het oppervlak welke sterk kan variëren naar gelang materiaal en toestand (grofweg van 3% voor bebouwd groen akkerland, 32% voor droog gras tot 48% voor steenachtige oppervlakken). De gemiddelde reflectiegraad voor stedelijk gebied bedraagt 10%.

4. Langgolvige Straling Afgeven Door Opgewarmde Grond De grond en objecten nabij een gebouw, kunnen aanzienlijk opgewarmd worden door zonnestraling. Temperaturen tot 200C hoger dan de luchttemperatuur zijn zondermeer mogelijk De door de grond of objecten afgegeven straling ten gevolge van deze opwarming, geeft nabij gelegen gebouwen een extra warmtebelasting. Het is niet eenvoudig om het aandeel van deze straling in de warmtebelasting te meten, omdat deze niet alleen afhankelijk is van de materialen, maar ook van de stralingsuitwisseling tussen gebouw en omgevingsvlakken die afhankelijk is van de temperatuurverschillen.

5. Door Het Gebouw Uitgestraalde Langgolvige Straling De aardse warmtebalans veronderstelt dat het jaarlijks gemiddelde van de uit gaande straling gelijk is aan de inkomende straling. De uitgaande straling is echter niet gelijkmatig verdeeld, het varieert met de seizoenen en vermindert naar de polen toe. De effectieve utgaande straling is omgekeerd evenredig aan de relatieve luchtvochtigheid - bij een onbewolkte lucht Bij bewolking neemt de terug gereflecteerde straling via de wolken naar de aarde toe en neemt de uitgaande straling sterk af tot minder dan 20% bij een volledig bewolkte hemel. Uitgaande straling kan een belangrijke factor zijn voor warmte-afgifte, vooral bij een warm en droog klimaat. Op onze breedtegraad en in onze klimaatzone is dit van minder betekenis, maar kan toch van belang zijn. De zonneschijnduur (normaal) is voor Nederland het grootst in mei (197 uur) en het kleinst in december (38 uur). De variatie is aanzienlijk met een grootste maandsom (eveneens in mei) van 340 uur (+73%) en een kleinste maandsom van 12 uur (-68%). De globale zonnestraling bedraagt voor Nederland tussen de 5791 (december) en de 54488 joule/cm2. De variatie voor de grootste maandsom bedraagt +27% (69190, mei) en voor de kleinste maandsom -32% (3913, december).

Wind (luchtstromingen) Voor het bepalen van wind zijn diverse factoren van belang. Allereerst de afname van de windsnelheid op hoogten dicht bij de grond, daarnaast de verandering van het optredende windpatroon als gevolg van lokale topografie en de nabije omgeving en tenslotte de bepaling van comfort - gewenst koesje tegenover hinderlijke wind. Windeffecten veranderen met de hoogte en op de grond is de lucht vrijwel tot rust gekomen. De windsnelheid uitgezet tegen de hoogte boven de grond geeft een parabolisch verloop te zien die geleidelijker is naarmate de weercondities stabieler zijn. Gemiddeld lopen de windsnelheden boven de 3 a 4 m snel op (zie afbeelding). Wind dient zowel voor het gebouw te worden bezien (bijvoorbeeld voor convectie) als voor de ruimten in het gebouw. Er wordt onderscheid gemaakt in de perioden waarin luchttemperaturen laag liggen en windverschijnselen binnen ongewenst zijn en perioden van hoge temperaturen waarbij luchtstromen juist wenselijk zijn.

De Fysica Van Luchtstromingen In De Nabijheid Van Gebouwen Dichtbij de grond waait de wind in vlagen; zowel snelheid als richting variëren sterk in de ruimte en in de tijd. Normaliter handelt het om een hoogturbulente stroming, die met de opgave van de snelheid (naar omvang en richting) als functie van de tijd en de statische druk voor elk punt in een ruimte kan worden beschreven. Bij natuurlijke stromingen lijken deze grootheden toevallig en zijn daarom moeilijk wiskundig te bevatten. Voor vele probleemstellingen is het noodzakelijk om de beschrijving van het stroomveld op te delen. Het wordt dan samengesteld uit een in de tijd uitgemiddeld stationair veld en een in de tijd fluduerend deel. Met behulp van deze opdeling is het mogelijk een reeks van problemen betreffende de gebouw-aerodynamiek toereikend te beschrijven. Dit gebeurt aan de hand van gemiddelde grootheden over een bepaalde periode genomen, voor snelheid, richting en turbulentiegraad.

Er worden bij een gebouw vier verschillende zonen onderscheiden, waarin het stroomveld rond een gebouw zinvol kan worden ingedeeld. Deze zones zijn: • • • •

de onverstoorde stroming, die men (voorzover niet door wrijving beïnvloed) met de methoden volgens de potentiaaltheorie kan berekenen; grenslagen; het recirculatie- of naloopgebied, waarvan de uitgestrektheid en structuur voor een reeks van geometrieeen empirisch vastgesteld zijn (wiskundig slechts met grote moeite en vaak niet precies te begrijpen); vrije stroomlagen, die de losgekomen buitenwaartse stroming van het wervelingsgebied scheidt.

De topologie van het stroomveld om een gebouw laat zich kwalitatief voor verschillende windrichtingen bepalen door deze met rook zichtbaar te maken bij een modelopstelling in de windtunnel. Drukverhoudingen bij de gebouwoppervlakken laten zich door toepassing van de continuiteitsvergelijking (behoud van massa) en de Bernoullie-vergelijking (behoud van energie) schatten.

Lokale Invloeden Op De Wind De mogelijke combinaties van landschappelijke bijzonderheden, kusten en oevers, heuvels, bergen en dalen, steden en polderland, zijn in hun werking op het windsysteem zo verschillend, dat hier slechts enkele vereenvoudigde voorbeelden kunnen worden gegeven. Thermisch afhankelijke, lokale windsystemen kunnen alleen bij zwakke wind ontstaan. Zoals bij winden gewoonlijk zijn de land- en zeewind naar de richting benoemd waaruit ze komen. Een landwind ontstaat bijvoorbeeld in heldere nachten, als de boven het water gelegen lucht warmer is dan die boven land. Bij stormachtige weersomstandigheden kunnen zulke lokale windsystemen zich niet opbouwen. Dit geldt ook voor systemen van berg- en dalwinden. Hun oorzaak ligt in de verschillende opwarming door zonnestraling, die bij verschillende neigingen van hellingen en dalvlakken op verschillende momenten van de dag optreden. Bijzondere betekenis heeft de verschillende structuur van het grondoppervlak Deze leidt tot afwijkingen van het genoemde empirische hoogteprofiel van de luchtsnelheid. Gezien vanuit de loetzijde van een structuurwisseling. wordt langzaam een nieuw grensvlak opgebouwd die de overhand krijgt ten opzichte van het aankomende grensvlak Een andere wezenlijke invloed oefent het verticale verloop van de luchttemperatuur in de atmosfeer uit Vooral bij zwakke windstromen kunnen zich boven grote steden gecompliceerde stromingverhoudingen en omstandigheden in luchtlagen voordoen die van invloed op de luchtkwaliteit kunnen zijn.

De gemiddelde windsnelheid in Nederland varieert vrij sterk met de geografische ligging bijvoorbeeld voor De Bilt ligt het hoogste gemiddelde op 4 m/s (voornamelijk winter en voorjaar) en het laagste gemiddelde op 3 m/s (zomer en najaar). Voor Beek ligt dit op 7 m/s respectievelijk op 6 m/s. Maxima daarentegen worden bereikt in de kuststrook Vlissingen kent gemiddelde maximale windsnelheden van 11m/s in de maanden februari en december. Minimale gemiddelde windsnelheden komen voor in De Bilt met 2 m/s gedurende het grootste gedeelte van het jaar. Windstil weer (windsnelheid 0 - 0,2 m/s) komt zeer weinig voor in Nederland, uiteenlopend van 0,9% in Vlissingen tot circa 4,2% in Eindhoven. Overheersende windrichting is Zuidwest. vooral naarmate de windsnelheid toeneemt Daarnaast komt ook Noordoosten wind regelmatig voor. In de kuststrook varieert de wind meer van richting vooral bij windsnelheden 600 mm) hetzij voor schoonmaak- en onderhoudswerkzaamheden, hetzij voor gebruiksdoeleinden, en in smalle spouwen (200 tot 600 mm). Bij smallere spouwen is de luchtuitwisseling te klein om voor voldoende ventilatie te kunnen zorgen.

(3.2)Dubbele gevel - ventilatieopeningen in de binnenste laag Hiertoe behoort de klimaatgevel. Evenals bij het klimaatraam dient de spouw als kanaal voor de afvoer van de (warme) vertreklucht en voor afvoer van de door de zonwering geabsorbeerde zonnewarmte. Dit type gevel is bijzonder geschikt voor locaties met veel geluidshinder, een hoge windbelasting en belasting met schadelijke stoffen. Nadelig is dat de luchtafvoer op mechanische wijze geschiedt, wat het energieverbruik nadelig benvloed. Wel kan de warmte uit de retourlucht worden teruggewonnen. Dit werkt vooral goed in combinatie met een langetermijn - energieopslag, waarbij de in de zomer opgeslagen warmte in de winter kan worden gebruikt voor ruimteverwarming (zie ook het Hoogheemraadschap Rijnland).

(3.3)Dubbele gevel - geen openingen Bij de gevel zonder openingen in de binnen- of buitenhuid dient deze als buffer, zowel tegen koude als lawaai. De spouw staat klimatologisch gezien los van het gebouw. Eventueel kan de gevel aan de onder- en bovenzijde worden voorzien van ventilatiekleppen om oververhitting van de spouw te voorkomen. In sommige gevallen zijn losse, enkele vensters in de gevel opgenomen voor natuurlijke ventilatie (Haus der Wirtschafsforderung Duisburg).

C. Derde onderscheid vormt het al dan niet gesegmenteerd zijn van de spouw. Dit geldt in hoofdzaak de tweedehuidgevels; de overige geveltypen zijn van zichzelf begrensd. (3.1.1)Tweedehuidgevels zonder onderverdeling van de spouw Naast de tweedehuidgevels kunnen hiertoe ook atria worden gerekend en de 'doos-in-eendoos' gebouwen, waarbij een gebouw geheel wordt omgeven door een glazen constructie Nadelig aan dit geveltype is dat geluid, brand en rook zich ongehinderd via de spouw kan uitbreiden. Het temperatuur-verval over de spouw is groot, wat kan worden gebruikt voor thermische trek. Bij falende doorstroming van de spouw kan dit tot zeer hoge temperaturen in het bovenste gedeelte leiden. In de praktijk blijkt deze constructie toepasbaar tot een maximale gebouwhoogte van 8-10 verdiepingen. Hogere gebouwen met dit geveltype kunnen beter in segmenten van 4 a 5 verdiepingen worden onderverdeeld. Voordeel is de goede bufferwerking tegen lawaai, tegen warmteverlies in de winter en warmteinstraling in de zomer, de eenvoudige uitvoering en bescherming van de zonwering tegen weersinvloeden en vandalisme. Door regelbare ventilatiekleppen aan de onder- en bovenzijde op te nemen, kan de doorspuiing van de spouw eenvoudig worden gereguleerd.

(3.1.1a)Tweedehuidgevel met ongedeelde spouw Onderscheid met atria en 'doos-in-en-doos'-constructies ligt in de gebruiksmogelijkheden van de ruimte. Meestal is de spouw alleen begaanbaar voor onderhoud- en schoonmaakwerkzaamheden. In enkele gevallen is de spouw breder en dient deze voor tijdelijke verblijfsruimte of verkeersruimte (Reclame-bureau Thompson te Frankfurt am Main, Schneider + Schumacher,).

(3.1.1b)Atria De eigenschappen van een atrium zijn vergelijkbaar met die van een serre, maar de uitwisseling met het gebouw is groter omdat het atrium is omsloten door meerdere gebouwvleugels. In het atrium stelt zich door zonnestraling en warmteverliezen via de primaire gevel een temperatuur in die altijd hoger ligt dan de buitentemperatuur, wat de gebruiksmogelijkheden vergroot De technische eisen aan de primaire gevel- met vaak een veel groter oppervlak - worden aanmerkelijk gereduceerd. Ook kan het atrium door beplanting een functie vervullen bij het zuiveren en bevochtigen van de lucht, en bijdragen aan de productie van zuurstof. (Micro elektronikpark te Duisburg van Sir Norman Foster, en IBNDLO te Wageningen,).

(3.1.1c) ‘Doos-in–een doos’ constructie Evenals bij serres en atria ontstaat een bruikbare overgangszone met een getemperd klimaat. Voordeel is dat de lucht vrij kan bewegen en zo aan de zuidzijde opgewarmde lucht naar de koelere noordzijde wordt getransporteerd. De ruimte kan goed worden geventileerd door gebruik te maken van thermische werking en door de drukverschillen aan weerszijden van het gebouw. (Ontwerp voor een congresgebouw te Parijs, Francis Soler,).

(3.1.2)Tweedehuidgevels met onderverdeling van de spouw Door een horizontale of verticale onderverdeling van de spouw of een compartimentering van de spouw in beide richtingen, kunnen de eigenschappen op het gebied van de geluidsoverdracht en de brand- en rookuitbreiding worden beïnvloed, maar ook de regelbaarheid van de ventilatie.

(3.1.2a)Coridorgevel Door de verticale onderverdeling van de spouw wordt brandoverslag naar hoger gelegen verdiepingen beperkt, evenals de geluidsoverdracht. Dit geldt echter niet in horizontale richting. Dit heeft wel als voordeel dat lucht zich van de zuid naar de noordzijde kan verplaatsen of van de loef- naar de lijzijde (Gotz,Wurzburg en ontwerp voor de Hessische Landesbank te Hessen,). Oververhitting van de spouw wordt voorkomen; wel moeten de toe- en afvoeropeningen voor ventilatie van de spouw zodanig worden geplaatst - door horizontale verschuiving of verticaal voldoende afstand - dat geen kortsluitstromen kunnen ontstaan. Ook is de spouw nu eenvoudig begaanbaar. De bouwkundige. kosten liggen door de bordessen en de vele ventilatie openingen aanzienlijk hoger dan bij een ongedeelde spouw (Stadttor in Dusseldorf, Petzinka and Partner)

(3.1.2b)Schachtgevels Hierbij gebeurt de verdeling horizontaal, waarbij de thermische trek in de schacht juist wordt benut voor ventilatie van de vertrekken. De scheiding kan per raamdeel of per vertrek worden aangebracht In het eerste geval ontstaat een combinatie van raamkasten waarin de openingen zijn opgenomen en een aanliggend schachtdeel dient voor afvoer van de lucht Problemen op het gebied van brandoverslag, rookverspreiding geluidoverdracht en het ontstaan van kortsluitstromen vragen ook bij dit type gevel de aandacht (3.1.2c)Gecombineerde verticale en horizontale scheiding maakt dit type tweedehuidgevel het best controleerbare maar tegelijkertijd het meest kostbare type. In luchttechnisch opzicht zijn de elementen onafhankelijk van elkaar. Kortsluitstromen worden vermeden door het diagonaal ten opzichte van elkaar plaatsen van de toe- en afvoeropeningen. Er zijn geen bouwfysische problemen wat betreft geluidwering en de brandwering is voldoende gewaarborgd door de scheidingselementen. Wel is de doorstroming van de gevel door thermische trek beperkt, zodat ventilatieopeningen voldoende moeten worden gedimensioneerd.

OVERIGE KENMERKEN Beglazing • enkel glas binnen en buitenste laag Toegepast bij klimaatgevels vergt dit een verwarmingselement in de spouw om condensatie van de vochtige vertreklucht op de koude buitenruit te voorkomen. Bij tweedehuidgevels zorgt koudeval voor onvoldoende comfort nabij de gevel. • enkel glas binnen, dubbelglas buiten Normale configuratie voor klimaatgevels. Omdat de spouw met warme vertreklucht wordt gevuld, wordt de thermische scheiding aan de buitenzijde gelegd, anders zou zeker condensatie optreden. • dubbelglas binnen, enkele beglazing buiten Omdat bij tweedehuidgevels met som koele buitenlucht wordt geventileerd, wordt de thermische scheiding aan de binnenzijde gelegd. • dubbelglas in zowel de binnenste als de buitenste laag Combinatie die gebruik als buffergevel, klimaatgevel en als tweedehuidgevel toelaat

Ventilatie van de spouw • geen ventilatie Dit geeft een hogere geluidwering en thermische isolatie en bescherming van de zonwering tegen weersinvloeden en vandalisme. Wel is er kans op oververhitting van de spouw. Omdat de ventilatie van de ruimten volledig mechanisch geschiedt, wordt er nauwelijks bespaard op de installaties. • continue ventilatie De eenvoudige uitvoering die nauwelijks eisen stek aan de voegafdichting maakt dit tot een goedkope variant De energiebesparing is echter beperkt, evenals de extra geluidwering. Wel is de zonwering beschermd en kan over een groter gedeelte van het jaar natuurlijk worden geventileerd dan bij enkele gevels door afname van de winddruk (zie ook het gebouw voor Human Drug Research van CEPEZED waarbij een geperforeerd stalen scherm de windbelasting reduceert,). • regelbare ventilatie Hierbij kan zowel de natuurlijke ventilatie beter worden gereguleerd als de doorspuiing van de spouw. Ook kan de spouw bij koude en 's-nachts worden afgesloten waardoor de energiebesparing aanmerkelijk toeneemt De geluidwering ligt bij gesloten gevels aanmerkelijk hoger dan bij de continu gevent leerde spouw, maar dit beperkt de mogelijkheden voor natuurlijke ventilatie.

Breedte van de spouw • dunne spouw (200, 600 mm) De spouw is toegankelijk voor onderhouds- en schoonmaakwerkzaamheden (RWE te Essen.) of kan worden gebruikt voor bijvoorbeeld een korte (rook) pauze (Stadttor te Dusseldorf).

RWE te Essen

Literatuur

Business Promotion Center Duisburg Germany; Norman Foster and Partners Architecture, januani 1995, blz. 119,1 19. GSW-Gebaude Berlin. Arch+ 136, april 1997, pp. 103 - 104 Hochhaus einer Bank in Frankturt am Main. Detail, nr. 3,1997, pp. 349 - 354 Hochhaus einer Konzernverwaltung in Essen. Detail, nr. 3, 1997, pp. 355 - 362 Hohenrausch und Hohenluft; RWE-Hochhaus in Essen. Deutsche Bauzeitung 131, jaargang 20, nr.4 1997, pp. 49 59 Verwaltungsgebaude in Wurzburg. Detail, nr. 3,1997, pp. 343 - 349 Ackermann, Kurt. Konstruktionsburo Gartner. Kari Kramer Verlag, Stuttgart, 1993. ISEN 3-7629-4016-6 Behling, Sophia en Stefan. Sol Power; The Evolution of Solar Arohitecture. Prestel, Munchen; New York, 1996. ISBN 3-79131670-2 Breukelman, Alfred. Die Wand, ein Medium? Werk, Bauen + Wohnen. no. 4/1991 Buscher, Volker en Jim Road. Oebaudeintelligenz. Arch+, nr. 136, april 1997, pp. 93 - 95. [Verkorte overdruk uit 'Beratende Ingenieure, Zeitschrift des Deutschen Consulting, nr.1 1,1995.] Boutet, Terry S. Controlling air movement. MoOraw-Hili, USA, 1997. ISBN D-D7-006713-9 CDAVN, Ciudad; naturaleza y teonologi~a, Publicacion de cultura metropolitana, vol. 1 CDAVN, 1996. ISBN 6497913-10-0 Cofaigh, Som 0., John A. Olby, J. Dwen Lewis. The Climatic Dwelling. James & james Ltd, Londen, 1996. ISBN 1973936-7 Compagno, Andrea, intelligente Glasfassaden: Material, Anwendung, Gestaltung. Artemis, Zurich, 1995. Daniels, Klaus. Technologie des okologischen Bauens: Grundlagen und Mabnahmen, Beispiele und Ideen. Birkhauser Veriag, Basel, 1995. Daniels. Klaus, Doppelfassade - om Muss fur Hochhauser? Data . nr 3 1997, pp 201 - 205 Davey. Peter. High expectations. in: Architectural Review, juli 1997, pp. 26 - 39 Davies. M. A wall for all seasons. RIBA Journal, februari 1991, pp. 55-57 Oawson, Susan. Foster's environmental eye. Architects Journal, september 1993. 91z. 11 - 17 Detail. Haus der Wirtschaftsforderung in Duisburg. Detail nr. 3, 1993. blz. 292 - 297 Dijk, H.A.L. van; Elburg, J. van der: Koelemij, A.J. en Sterenberg, J.J. Voorstudie 'Intelligent gevelelement' deel 1 en 2, TNO rappnrt 6-91-0612. TNO, Delft, 1991. DS-Plan. Dôsseldurfer Stardttor. Aroh+ 136, april 1 997, pp. 100 Eben, Ulrich. Commerzbank Frankfurt; Gebaudeautomation. Arch+ 136, april 1997, pp 95 - 96 Engel, Peter J.W. van den Thermisch comfort en ventilatie-efficientie door inducerende ventilatie via de gevel. Publikatieburo Bouwkunde, TU Delft, 1995. ISBN 90-5269-199-6 Evans, Barrie. Lower energy in a city street. Architerts Journal, 13/7/1994 Fuchs, Claudia. Konzerncentrale der RWE AD in Essen.

Baumeister, jaargang 94, nr. 5, mei 1997, pp. 26 - 35 Fuchs. Wuifram. Oko, aber wie? Halmos Haalbaarheidsstudie ter minimalisering van de energieprestatiecoëfficiënt ten behoeve van het kantoorgebouw Hoogheemraadschap van Rijnland te Leiden. Rapport in opdracht van Novem, niet uitgegeven, 1997. Heusler, Winfried, Johann Ernst und Christian Scholz. Leben in einem modernen Boro. Glaswelt, no.3/ 1993, blz. 1 09 - 1 24 Heusler, Winfried. Commerzbank Frankfurt; Zweite-Haut-Fassade. Arch+ 135, april 1997, pp. 97 Heusler, Wintried. Victoria-Versicherung Dusseldorf. Arch+ 1 36, april 1997, pp. 101 Heusler,Winfried; Andrea Compagno; Mehrschalige Fassaden Eine Oegenuberstellung verschiedener zweischaliger Fassadensysteme 1. Teil. In: Fassade nr. 11999, p. 1 5 - 21.2. Teil In: Fassade nr. 2 1999, p. 11-1 7. Hurold, Hermann. RWE-Hochhaus Essen; Zweite-Haut-Fassade. Arch+ 136, april 1997, pp. 99 - 99 Hugentobler, Paul. Fassaden im einklang mit licht und wërme. Fassade, no. 1/1994 Klingele, Martina. Architektur und Energie: Planungsgrundlagen fur Buro- und Verwaltungsbauten. Verlag C.F. Muller, Heidelberg, 1994. ISBN 3-7990-7462-0. Knowles, Ralph L. Sun rhythm form. MIT, 1991. Lang, Werner. Zur Typologie mehrschaliger (3eba~udehullen aus Olas. In: Detail, nr. 7 1999, p.1 225 - 1232. Leibundgut, Hansjurg. Energetisch-okologische Beurteilung; Commerzbank-Zentrale in Frankfurt am Main. Baumeister, nr. 5 1997, pp. 26 - 27 Lodel, Thomas. Zwischen Energetik und Euphorie; Doppelfassadensysteme im Fokus der Betrachtung. In: Baukultur 5-99, p. 22-26. Lodel, Thomas. Prototyp eines ukologischen Oebaudekonzepts; SOLSKIN-FASSADE der Hauptverwaltung Gotz GmbH. Fassade, nr. 1,1997, pp. 47 - 51 Lodel, Thomas. Debis-Gebaude Cl Berlin. Arch+ 136, april 1997, pp. 102/104 Melet, Ed. Duurzame architectuur. NAj Uitgevers, Rotterdam, 1999. ISBN 90-5662-099-4. Novem. Energieprestaties van kantoorgebouwen; acht praktijkvoorbeelden van EP+ kantoorgebouwen. Novem, Sittard/ Utrecht/Apeldoorn, 1996. (Novem-nr. Dvi .3.90 96.05) Olgyay, Victor. Design with climate: bioclimatic approach to architectural regionalism. Princeton university press, New Jersey, 1963. R.W. van der Plas, Installatie-arme concepten; ja of nee? In: De Bouwadviseur, november 1999, p. 26 - 29. Renckens, J. Façade en klimaat. TU-Delft, Faculteit der Bouwkunde, vakgroep Bouwtechnologie, leerstoel Produktontwikkeling, Delft, 1996. ISBN 90-5269-221-1. Renckens, Just. Oevels en architectuur: façades in glas en aluminium. VMR3, Nieuwegein, 1996. ISBN 90-90092669. Reichmann, Jurg. Komplexe Technik: Mikroelektronikpark Duisburg (II), Gebaudetechnik im Haus der Wirtschaftsforderung Rgd. Klimaatinstallaties in kantoren. Rijksgebouwendienst, directie Ontwerp&Techniek, 1997. C.Th. van Rongen. Typologische ordening van gevels. Publicatieburo Bouwkunde, Delft, 1994. ISBN 90-5269-149-7

SBR/ISSO. Ontwerpen van energie-efficiënte kantoorgebouwen; integratie van gebouw en installaties. 1550, Rotterdam; SBR, Rotterdam, 1990. ISBN 90-5044-019-3 Schneider, Sabine. Commerzbank-Zentrale in Frankfurt am Main. Baumeister, jaargang 94, nr. 5, mei 1997, pp. 19 - 25 Schuler, Matthias. Luft in Hulle und Fulle' Doppelfassaden an Hochhausern sind oft umstritten. Deutsche Bauzeitung 131, jaargang 20, nr. 4 1997, pp. 113 - 124 Schweger, Peter. Doppelfassade - ein Muss fur Hochhauser? ARCH+, nr. 136, april 1997, pp. 109 - 11 3 Marcel Vroom, Condensed overview of trends in energy saving, telemetring, domotica and user-feedback. Intern rapport Vroom Beheer, Rotterdam, jan. 1999. (niet gepubliceerd) Werkgroep binnenklimaat en energieverbruik. Binnenklimaat en energie-verbruik. Gasunie, Croningen, 1973.