Hoe verduurzaam je een monumentaal pand optimaal? Aan de huidige renovatie van de Koninklijke Militaire Academie (KMA), gehuisvest in het Kasteel van Breda, ging uitvoerig wetenschappelijk onderzoek met 3D-simulaties vooraf.
Wat gebeurt er bijvoorbeeld met de temperatuurontwikkeling in de zomer als de zoldervloer thermisch wordt geïsoleerd?
Bouwfysicus Edgar Neuhaus (TU Eindhoven), gespecialiseerd in klimaatbeheersing van monumentale panden, is verantwoordelijk voor het onderzoek naar energiebesparing bij de KMA. Het betreft een traject van vele jaren, dus terug naar 2012.
Studie naar verbeteringen
Neuhaus bekeek aanvankelijk onder meer of de installaties, zoals verwarming en ventilatie, te verbeteren waren. Ook bestudeerde hij zonwering en isolatie.
Daarbij mocht het monumentale gebouw van de academie op termijn niet lijden onder de goedbedoelde aanpassingen. “Bijvoorbeeld door het toepassen van isolatietechniek waarbij overmatige condensvorming op kan treden. Houten balken die door de isolatie steken, kunnen dan aangetast raken door schimmels en houtrot”.
Om de optimale verbeteringen na te gaan voor het pand en zijn energiehuishouding, moest Neuhaus de omstandigheden meten. “Met infraroodthermografie heb ik gevisualiseerd wat het warmteverlies naar buiten is”.
Voornoemde techniek wordt gebruikt in de winter, bij een minimaal temperatuurverschil van 15 graden tussen binnen en buiten. Verder is een tijd lang en onder verschillende weersomstandigheden het binnenklimaat gemeten in een representatief deel van het Kasteel van Breda. Neuhaus: “Mooie plaatjes maken met simulatieprogramma’s is niet zo moeilijk. Betrouwbare resultaten verkrijgen is een ander verhaal”.
In 3D
Voor het simulatieonderzoek gebruikte Neuhaus o.a. het Hambase-model van de Technische Universiteit Eindhoven, een multi-zone warmte- en vochtmodel. Daarmee zijn de effecten van diverse verbeteropties op het binnenklimaat in kaart te brengen, zoals het plaatsen van dubbelglas of verschillende typen isolatiemateriaal.
“Ik heb het gebouw op de tweede verdieping aan de westzijde en de zolder daarboven ingevoerd in 3D”, verklaart Neuhaus, die het model verrijkte met vaste gegevens, zoals het volume van de vertrekken, installatietechnische data, de bouwkundige eigenschappen van de vloeren, gevels en het glas. Vervolgens liet hij op het model een representatief buitenklimaat los, en werd berekend hoe het binnenklimaat tot stand komt.
Neuhaus: “Nadat het basismodel gekalibreerd was aan de hand van meetdata, was het gereed om verschillende varianten te onderzoeken. Wat gebeurt er bijvoorbeeld met de temperatuurontwikkeling in de zomer als je de zoldervloer thermisch isoleert?”
Het tweede simulatieprogramma berekende en visualiseerde het warmte- en vochttransport in de gevel bij verschillende soorten isolatiemateriaal en verschillen in windrichting. “Dit vooral om mogelijke opeenhoping van water in de gevel en het risico op vorstschade, zoals afbrokkelende bakstenen, te onderzoeken”.
Isoleren slecht idee
Na het onderzoek volgde het advies over de verduurzaming van het pand, zonder dat opdrachtgever/eigenaar het Rijksvastgoedbedrijf( RVB) daarbij de monumentale waarde van het gebouw zou aantasten.
De buitenzijde na-isoleren was bijvoorbeeld geen optie, in verband met het monumentale aangezicht van het Kasteel. De grootste winst viel te behalen bij de ramen, aangezien Neuhaus daar het grootste warmteverlies waarnam. “Het isoleren van de beglazing kan 40 procent reductie van het energiegebruik opleveren. Met het isoleren van de gevel aan de binnenzijde komt daar nog eens 10 procent bovenop”.
Toch ontraadde Neuhaus het isoleren van de kasteelmuren, die dik zijn en zo werken als thermische buffer. “In de zomer blijft het daardoor lekker koel binnen. Isoleer je de gevel, dan verlies je dat effect”.
Bovendien zou aanleg van airconditioning dan weer noodzakelijk zijn, hetgeen de 10 procent energiereductie weer teniet zou doen. “Binnenisolatie heeft vaak een groot effect op de vochthuishouding in de muur”.
In de praktijk
Loes van Rijnsbergen, architect bij het Rijksvastgoedbedrijf (RVB), ontwierp en begeleidt nog steeds de renovatie van het Kasteel van Breda. Zij was ook betrokken bij het onderzoek.
“Nadat Edgar Neuhaus zijn 3D-model had gebouwd, hebben we in een gezamenlijke werksessie alle mogelijke opties om na te isoleren bedacht. Die variabelen heeft Edgar in zijn model verwerkt”.
Nadat de vele raampartijen van enkel glas als grootste energieverliespost uit de bus waren gekomen, ging het team op zoek naar de optimale isolatiebeglazing. Bij maximale isolatiebeglazing bleek het pand in de zomer zijn hitteoverschot niet kwijt te kunnen. Omdat isoleren van de gevel risicovol was, is besloten louter isolerend monumentenglas te plaatsen en dat te combineren met zogenoemde schemergestuurde gevelhoge en gevelbrede gordijnen. Die gaan automatisch dicht als het donker wordt. Hierdoor gaat de gevoelstemperatuur omhoog en is minder verwarming nodig.
Het ontwerpteam koos verder voor stucwerk-stralingsplafonds, die automatisch terugschakelen als er niemand aanwezig is. Zo wordt de ruimte niet voor niets verwarmd. Van Rijnsbergen: “Uiteraard hebben de gebruikers per ruimte zelf ook invloed, ze kunnen de temperatuur beïnvloeden en de gordijnen bedienen”.
Foto: Bas Kijzers.