Ontwerpparameters - bouwschil
Staalskeletbouw: aandachtspunten bij de epb-berekeningen
25 augustus 2014
Is uw woning een staalskelet dan wordt uw ontwerp getoetst aan de geldende EPB-eisen.
De buitenisolatie moet er op zijn minst voor zorgen dat de volledige gevelopbouw beantwoordt aan de thermische voorschriften van de geldende regionale regelgeving wanneer die van toepassing zijn voor het project en dus let u maar beter op mogelijke effecten die deze constructiewijze kan hebben op de resultaten binnen de EPB.
1. De bekleding van de wand
De thermische prestatie van gevels worden uitgedrukt door de warmtedoorgangscoëfficiënt U (W/m²K). Dit kenmerk wordt toegepast op de volledige gevelopbouw.
Omdat metaal een goede geleider is, veroorzaken de metalen schroeven die worden gebruikt voor de mechanische bevestiging van de sandwichpanelen extra warmteverliezen. Hoe groot dat effect is, hangt af van de bevestiging zelf en van de isolatie die doorboord wordt : het aantal ankers, pluggen, schroeven, … en hun eigenschappen (bv. diameter, materiaal) spelen een rol en de invloed van de mechanische doorboring wordt groter naarmate ook de isolatiekwaliteit van de panelen toeneemt.
Omdat de puntsgewijze verankering die de isolatielaag doorboort meestal eigen is aan de scheidingsconstructie, is in de EPB-rekenmethode een vereenvoudiging voorzien en hoeft u de invloed ervan niet apart in te geven als koudebruggen op voorwaarde dat u de invloed ervan wel laat doorrekenen in de U-waarde van de sandwichpanelen.
Wordt uw gebouw gerealiseerd als staalskelet dan let u dus best op. Koudebruggen vermijdt u als vanzelfsprekend en in het licht van uw geleverde inspanningen wenst ook de klant dat de EPB-verslaggever zijn werk naar behoren uitvoert. Men verwacht immers terecht dat de theorie van de EPB in de mate van het mogelijke aansluit bij de werkelijkheid en mogelijk nadelige effecten van het staalskelet kunt u missen als kiespijn.
De invloed van ankers is onontbeerlijk voor een correcte EPB-berekening
U bekomt uw informatie op twee manieren:
- U kunt een rekennota opvragen bij de fabrikant, of
- U kunt zelf de correctiefactor voor de bevestiging (laten) berekenen.
Warmtetransport doorheen scheidingsconstructies gebeurt via geleiding, straling en convectie. De manier waarop dat gebeurt kan wetenschappelijk worden verklaard en via computerprogramma’s worden vertaald in algoritmes.
De te simuleren wand wordt grafisch in kleine deeltjes onderverdeeld (men spreekt over de eindige-elementen methode). Voor de te simuleren ‘knoop’ worden wiskundige vergelijkingen opgesteld en door de computer opgelost. U bekomt zo een U-waarde die veel dichter aansluit bij de werkelijkheid en kunt de mogelijke risico’s veel beter inschatten.
Puntsgewijze verankeringen en lineaire bevestigingen leiden tot extra warmteverliezen omwille van het “koelvineffect”. Studies tonen aan dat de effecten allesbehalve verwaarloosbaar zijn en kunnen oplopen tot 150% t.o.v. een vergelijkbare 1-dimensionele benadering.
De randvoorwaarden voor het uitvoeren van dergelijke numerieke berekeningen zijn vastgelegd in de NBN EN ISO 10211. De berekeningsmethode is overigens verplicht indien de beide uiteinden van de mechanische bevestigingen in thermisch contact zijn met metalen plaatjes.
In andere gevallen kunt u kiezen voor een meer benaderende rekenmethode. Daarbij wordt het effect van de mechanische bevestigingen bepaald door de correctieterm ∆Uf, waarbij de f staat voor fixatie. Deze vereenvoudigde berekening is normaal dus niet toegelaten in het hier besproken geval, tenzij u gebruik maakt van verankeringen met kunststof schotelpluggen. Deze benadering wordt o.m. gebruikt om het effect van spouwankers in te rekenen.
Meer uitleg en de formule om de correctieterm ∆Uf te berekenen, vindt u in het Transmissiereferentiedocument (bijlage 3 bij het ministerieel besluit houdende aanpassing van de regelgeving inzake het energiebeleid van 1 december 2010 – BS 8 december 2010).
Het stalen skelet
Uitgangspunt van onze gevalstudie is een stalen skelet van kokers die op een min of meer willekeurige afstand van elkaar worden geplaatst. De afstanden zijn dus niet overal dezelfde. Bij de gevels met ramen wijkt de hart op hart afstand sterk af t.o.v. de situatie bij de meer gesloten gevels.
Wat doet u nu in de epb-software?
De vraag is concreet of u het staal mag verwaarlozen in de epb-software (ervan uitgaande dat er tussen de metalen profielen niet wordt geïsoleerd), of dat u het juist wel moet toevoegen. Die laatste optie zou kunnen betekenen dat u theoretisch een slechtere U-waarde krijgt dan in realiteit mogelijk het geval is.
Veel hangt af van de positie die het skelet inneemt binnen de volledige gevelopbouw.
Een metalen skelet aan de binnenzijde in rekening brengen, heeft weinig zin als de isolatie continu doorloopt in de binnen- en buitenhoeken en als er alleen epb-aanvaarde bouwknopen zijn aan de verticale en horizontale raamaansluiting, de verticale regenwaterafvoerpijp, de dakaansluiting, de dakoverkraging en de dorpelaansluiting boven de fundering, …
Een staalskelet langs de buitenzijde hoeft niet in rekening gebracht te worden wanneer de isolatie continu doorloopt aan de binnenzijde.
Alleen in de gevallen waar u een niet homogene laag-opbouw krijgt bestaande uit metalen kokers en isolatie is een numerieke thermische simulatie onontbeerlijk en volgens het EPB-besluit zelfs verplicht.
Voor alle andere gevallen kunt u voor de berekening van de U-waarde kiezen tussen een vereenvoudigde en een (veel correctere) numerieke berekening.
- De vereenvoudigde berekening is bedoeld voor bouwelementen die opgebouwd zijn uit vlakke, parallelle en homogene bouwlagen. De warmtestroom van binnen naar buiten doorheen het bouwelement staat in dat geval loodrecht op de bouwlagen, zonder afwijking. Daardoor kunt u de U-waarde eenvoudig berekenen door alle warmteweerstanden van de bouwlagen op te tellen. Maar als bouwelementen niet-homogene bouwlagen bevatten zoals hier het geval is, buigt de warmtestroom af. Dat heeft een effect op de totale warmteweerstand van het bouwelement.
- Numerieke berekeningen kunt u toepassen om de U-waarde te bepalen van bouwelementen die mogelijk belangrijke extra warmteverliezen vertonen, bijvoorbeeld in het geval van wanden met houten constructiedelen. Voor wanden waarin lagen voorkomen met isolatie én metalen is een numerieke berekening zoals hoger gemeld verplicht
- Deze gedetailleerde computerberekeningen bepalen de twee- of driedimensionale warmtestroom doorheen niet-homogene bouwelementen, en leiden daaruit een nauwkeurige U-waarde af. Voor deze numerieke berekeningen moet u software gebruiken die gevalideerd is volgens NBN EN ISO 10211. Er staan diverse programma’s ter beschikking waarin details in 2 of 3D kunnen doorgerekend worden. We verwijzen naar het internet voor meer informatie over programma’s als Bisco, Trisco, Therm, Elmer, Archicube, Heat 2, Heat 3, Antherm.. Het WTCB stelt voor een aantal bouwaansluitingen resultaten ter beschikking in een online-database met koudebrugarme details (IDEE) doorgerekend met KOBRA software,
Terug naar de case: De vraag is natuurlijk of de binnenspouw veel invloed zal hebben op de U-waarde.
U moet dus afwegen of een gedetailleerde berekening wel de moeite loont. Anderzijds levert een berekening volgens EN ISO 10211 u een 2D of 3D simulatie van de warmteverliezen. De informatie die u bekomt kan om twee redenen nuttig zijn.
- De berekening geeft u de temperatuursfactor. Als die factor kleiner is dan 0,7, zit u met een koudebrug met mogelijk risico op condensatie of schimmelvorming. Ter info: de temperatuursfactor (T) in een punt van een constructiedetail of een bouwknoop is het verschil tussen de binnenoppervlaktetemperatuur op dit punt en de buitentemperatuur als het temperatuurverschil tussen binnenklimaat en externe omgeving gelijk is aan de lokale 1K.
- De berekening geeft u ook de correcte U-waarde bepaling. Dat is bijvoorbeeld belangrijk voor een stijlwand in metalen profielen die een beschermd volume afscheidt van een niet beschermd volume.
De thermische massa in de epb-aangifte
Voor de thermische massa wordt in de epb-software een onderscheid gemaakt tussen licht, weinig zwaar, half zwaar en zwaar. Dat gebeurt op basis van het percentage massieve verticale en schuine bouwelementen, en van het percentage massieve horizontale bouwelementen. Constructiedelen worden als massief beschouwd indien hun massa minstens 100 kg/m² bedraagt, berekend van binnenuit tot aan een luchtspouw of tot aan een laag met een thermische geleidbaarheid die lager is dan 0,20 W/mK. Glas telt mee voor de bepaling van de massiviteit maar hou er rekening mee dat een luchtspouw tussen 2 glasbladen aanzien wordt als isolatie. Alleen het binnenste glasblad mag dus worden in rekening gebracht!
De massiviteit of het gebrek daaraan kan gevolgen hebben voor de epb-aangifte. Een gebouw met weinig inertie kan te kampen krijgen met oververhitting. In een gebouw met hoge inertie (zware scheidingsmuren, tegelvloer op betonstructuur) wordt een momentane warmtebelasting afgevlakt doordat een deel van de warmte wordt opgeslagen en vertraagd weer afgegeven. In een lokaal met weinig inertie (houten vloer, tapijt, geen of lichte scheidingswanden) gebeurt dat in veel mindere mate en ligt de reële warmtebelasting dus hoger.
(In bepaalde gevallen kan licht bouwen ook een voordeel opleveren, gebouwen die snel opwarmen worden immers ook sneller gekoeld).
Massiviteit en appartementen vormen een verhaal apart. De thermische massa van appartementen wordt in de epb-software al snel als zwaar aangegeven, maar dikwijls zijn ze dat niet. De gevels omvatten meestal immers veel glas. De combinatie van weinig verliesoppervlak met goede beglazing verhoogt uiteraard het risico op oververhitting.
Door Staf Bellens (CD Media Productions) en arch. Benny Craenhals (Energieconsulent NAV)