Page 1

Lossnay WTW-unit

November 2011 | Jaargang 40 | Nr 11

Een schoolvoorbeeld van luchtverversing JAARGANG 39 NR. 11 TVVL MAGAZINE NOVEMBER 2011

Lossnay WTW schoolventilatie

Gloei- en halogeenlampen Duurzame energieconcepten Hydraulische opzet WKO verbeterd

Elektrische infrastructuur gebouwen Gratis Mitsubishi Electric beamer voor de school!

Adv Lossnay A4_ALKhoek_jasper.indd 1 TM1111_cover.indd 1

Kijk voor de Lossnay scholen actie op www.alklima.nl 26-10-11 11:09

1-11-2011 9:21:39


Inhoudsopgave Redactieraad: Drs.ir. P.M.D. (Martijn) Kruijsse (voorzitter) Ir. J. (Jan) Aufderheijde Mw. dr. L.C.M. (Laure) Itard H. (Henk) Lodder G.J. (Geert) Lugt Mw. drs. C. (Carina) Mulder Ing. O.W.W. (Oscar) Nuijten Mw. drs.ir. I. (Ineke) Thierauf Ing. J. (Jaap) Veerman Ing. R (Rienk) Visser Ing. F.J. (Frank) Stouthart (eindredacteur) Redactie: Drs.ir. P.M.D. (Martijn) Kruijsse (voorzitter) Ir. J. (Jan) Aufderheijde Mw. drs. C. (Carina) Mulder Ing. F.J. (Frank) Stouthart (eindredacteur)

TVVL MAGAZINE November 2011 Elektrische infrastructuur in gebouwen Ing. F.W. (Erik) Stam Msc

Uitfasering van gloei- en halogeenlampen

Redactie-adres: TVVL: De Mulderij 12, 3831 NV Leusden Postbus 311, 3830 AJ Leusden Telefoon redactie (033) 434 57 50 Fax redactie (033) 432 15 81 Email c.mulder@tvvl.nl

Ing. R. (Rienk) Visser

Uitgave: Merlijn Media BV Zuidkade 173, 2741 JJ Waddinxveen Postbus 275, 2740 AG Waddinxveen Telefoon (0182) 631717 Email info@merlijnmedia.nl www.merlijnmedia.nl

Duurzame energieconcepten

secretariaat: Email info@merlijnmedia.nl Abonnementen: Merlijn Media BV Postbus 275, 2740 AG Waddinxveen Telefoon (0182) 631717 Email info@merlijnmedia.nl Benelux € 107,Buitenland € 210,Studenten € 85,Losse nummers € 18,Extra bewijsexemplaren € 13,Het abonnement wordt geacht gecontinueerd te zijn, tenzij 2 maanden voor het einde van de abonnementsperiode schriftelijk wordt opgezegd. Advertentie-exploitatie: Merlijn Media BV Ruud Struijk Telefoon (0182) 631717 Email r.struijk@merlijnmedia.nl Prepress: Yolanda van der Neut Druk: Ten Brink, Meppel ISSN 0165-5523

4

8

Vloerverwarming in musea Ir. E. (Edgar) Neuhaus, dr. B. (Bart) Ankersmit, dr.ir. H. (Henk) Schellen 10

Uitfasering van gloeien halogeenlampen

Regelgeving voor riolering A.J.M. (Ton) van der Zwan

20

Technisch Programma van Eisen ‘Frisse Scholen’ Ir. E.N. (Egbert) ’t Hooft

24

Hydraulische opzet WKO verbeterd in Rgd-tool Ing. M.A. (Marcel) van Ingen

32

Interview Projectbeschrijving Actueel Uitgelicht Internationaal regelgeving Nieuws productnieuws summary voorbeschouwing Agenda

38 42 45 53 55 57 59 63 64 65 66

© TVVL, 2011 Niets uit deze uitgave mag worden verveelvoudigd en/of openbaar gemaakt door middel van druk, fotokopie, microfilm of op welke andere wijze dan ook, zonder schriftelijke toestemming van de uitgever. Publicaties geschieden uitsluitend onder verantwoording van de auteurs. Alle daar in vervatte informatie is zorgvuldig gecontroleerd. De auteurs kunnen echter geen verantwoordelijkheid aanvaarden voor de gevolgen van eventuele onjuistheden.

8

Prof.ir. W (Wim) Zeiler en dr.ir. P (Perica) Savanovic 16

REVIEWED: Artikelen in TVVL Magazine zijn beoordeeld ‘door redactieraadleden’. De uniforme ‘peer review’ waarborgt de onafhankelijke en kwalitatieve positie van TVVL Magazine in het vakgebied. Een handleiding voor auteurs en beoordelingsformulier voor de redactieraadleden (‘peer reviewers’) zijn verkrijgbaar bij het redactie-adres.

Interview: Prof. Han Slootweg

38 42

Project: Strand­paviljoen Tijn Akersloot

TVVL Magazine is het officiele orgaan van TVVL Platform voor Mens en Techniek. De vereniging, opgericht op 26 mei 1959, heeft tot doel de bevordering van wetenschap en techniek op gebied van installaties in gebouwen en vergelijkbare objecten. Als lid kunnen toetreden personen, werkzaam (geweest) in dit vakgebied, van wie mag worden verwacht, dat zij op grond van kennis en kunde een bijdrage kunnen leveren aan de doelstelling van de vereniging. Het abonnement op TVVL Magazine is voor leden en begunstigers van TVVL gratis. De contributie voor leden bedraagt € 111,- per jaar. Informatie over de bijdrage van begunstigers wordt op aanvraag verstrekt.

3

TM1111_inhoud.indd 3

4-11-2011 23:22:35


Elektrische infrastructuur in gebouwen Voor de aanleg van de elektrische infrastructuur in gebouwen zijn verschillende oplossingen mogelijk. Over het algemeen zijn er drie soorten structuren in gebouwen te onderscheiden. De ontwerper van de gebouwinstallaties bepaalt vaak de keuze van aanleg. Zijn ervaring en bekendheid met het systeem spelen daarbij een belangrijke rol. Er is echter weinig bekend over de gevolgen van de materiaalkeuze voor de verschillende structuren. Dit artikel richt zich met name op de kortsluitcondities van de installatie en gaat in op de selectiviteiten tussen beveiligingsorganen. Ing. F.W. (Erik) Stam Msc, Royal Haskoning, vestiging Rotterdam

De meest voorkomende infrastructuren zijn weergevegen in figuur 1. Het zijn: - sternetbekabeling (A). Vanaf de hoofdverdeelinrichting worden alle eindverdeelinrichtingen in het gebouw met een aparte kabel aangesloten; - cascadeschakeling (B). Eindverdeelkasten worden om en om via dezelfde voedingskabel aangesloten op de hoofdverdeelinrichting; - railkokersystemen (C). Alle eindverdeelkasten worden aangesloten op het railkokersysteem. Het railkokersysteem is aangesloten op de hoofdverdeelinrichting. Om inzicht te verkrijgen in de verschillen in kortsluitconditie tussen structuur A, B en C wordt uitgegaan van een fictief gebouw van 24 verdiepingen. De standaard verdiepingshoogte bedraagt 3,9 meter. Op elke verdieping wordt één eindverdeelinrichting geplaatst. De aangesloten verbruikers vragen een gelijktijdig vermogen van 15 kVA. De infrastructuur is uitgelegd met 20% overcapaciteit om toekomstige uitbreidingen te kunnen opvangen. De afstand tussen de hoofdverdeler en de

4

TM1111_stam_2069.indd 4

verticale schacht bedraagt 50 meter. Het spanningsniveau van het openbare elektriciteitsnet is 10,2 kV en het kortsluitvermogen (Pk”net) bedraagt 190 MVA. Er is een transformator geplaatst van 1.000 kVA met een kortsluitspanning van 6%. De verdeelkasten op de verdieping worden in de schacht geplaatst, naast de kabeltracés. Voor het maken van de berekeningen is gebruik gemaakt van een zelf ontwikkeld netberekeningsprogramma dat is opgebouwd conform de eisen van NEN1010 en de theorie voor het bepalen van kortsluitcondities en spanningsverliezen.

In het ontwerptraject van een project wordt nog al eens voorbij gegaan aan de optredende kortsluitstromen. Vaak gaat men uit van standaard verdeelinrichtingen die zijn uitgelegd op een kortsluitvastheid van 6 kA. Voor een cascade- (B) en railkokerstructuur (C) op

 VERSCHIL IN KORTSLUITSTROMEN In tabel 1 is alleen de symmetrische kortsluitstroom (Ik”3) opgenomen, die volgt uit de berekeningen. Wat direct opvalt, is het enorme verschil in kortsluitstromen tussen de verschillende netwerkstructuren. Bij een sternetstructuur (A) bedraagt de gemiddelde kortsluitstroom 1,58 kA. Bij cascade (B) gemiddeld 7,45 kA en bij toepassing van een railkokersysteem (C) 16,93 kA.

-Figuur 1- De drie meest voorkomende infrastructuren

TVVL Magazine | 11 | 2011 ELEKTROTECHNIEK

1-11-2011 11:56:05


basis van dit fictieve gebouw, is een standaard verdeelinrichting met een kortsluitvastheid van 6 kA onvoldoende. Een sluiting in de verdeelinrichting of direct achter de beveiligingscomponenten in de verdeelinrichting kan verstrekkende gevolgen hebben. Het railsysteem en de componenten zijn hiertegen niet bestand. Het is dus van belang voorafgaand aan de structuurkeuze, de gevolgen van de kortsluitcondities te berekenen zodat je de installatie hierop kan uitleggen. Even zo belangrijk is het ontwerpen van een selectieve installatie. Voor het vaststellen van selectiviteit moeten de optredende kortsluitstromen bekend zijn.

 FOUTSTROOM Selectiviteit betreft het gestaffeld uitschakelen van beveiligingen als gevolg van een foutstroom. In het ontwerpstadium, maar ook tijdens inspecties, komen situaties voor waarbij op voorhand geen selectiviteit mogelijk is. Vaak gaat het om een combinatie van smeltveiligheden met automaattechnieken. Ook bij installaties waarin volledige automaattechnieken zijn toegepast, gaat het vaak mis. Voor het selectief ontwerpen van een installatie is er onderscheid mogelijk tussen twee soorten foutstromen: -  door overbelasting; -  door kortsluiting.

-Tabel 1- De symmetrische kortsluitstroom (Ik”3) per infrastructuur en verdieping

Met name bij een foutstroom door kortsluiting, gaat het nog weleens mis. Bij elektrische installaties, waarin tussen de voeding en de foutplaats twee of meer beveiligingstoestellen aanwezig zijn, is onderlinge selectiviteit van wezenlijk belang. Om de gevolgen van een kortsluiting zoveel mogelijk te beperken, moet een zo klein mogelijk gedeelte van de installatie afschakelen. Alleen de installatie waarin de kortsluiting plaatsvindt, moet worden uitgeschakeld. De overige installatieonderdelen moeten in bedrijf blijven. Het selectief maken van een installatie wordt nogal eens verkeerd benaderd. Met name bij het gebruik van automaattechnieken blijken dezelfde regels te worden aangehouden als bij het toepassen van smeltveiligheden. Dit is absoluut onjuist. Het werkingsprincipe van automaattechnieken is gebaseerd op een mechanisch schakelende component, terwijl dat van smeltveiligheden volledig berust op een thermische component.

 VOORBEELDEN

-Figuur 2- Stroom/tijdkarakteristiek van een installatie met smeltveiligheden

TVVL Magazine | 11 | 2011 ELEKTROTECHNIEK

TM1111_stam_2069.indd 5

Met voorbeelden wordt nu de werking van beveiligingen toegelicht en de wijze waarop selectiviteit kan worden verkregen. Daarbij wordt een kortsluitstroom aangehouden van Ik”3 = 5 kA (5.000 A). Achtereenvolgens zal

worden in gegaan op een installatie uitgevoerd met smeltveiligheden, met automaattechnieken en een combinatie van automaten en smeltveiligheden. Installatie met smeltveiligheden Bij een fout achter de tweede smeltveiligheid voeren beide smeltveiligheden dezelfde stroom. Daarbij wordt aangenomen dat de belastingstroom van de eerste smeltveiligheid verwaarloosbaar is ten opzichte van de foutstroom. Om na te gaan of de smeltveiligheden ten opzichte van elkaar selectief zijn, wordt de stroom/tijdkarakteristiek beschouwd (figuur 2). Selectiviteit in het overbelastingsgebied is verzekerd als de curven van de desbetreffende smeltveiligheden, op voldoende afstand (in smelttijd [I²t]) van elkaar liggen en elkaar niet raken. In het algemeen kan worden gesteld, dat er tussen twee smeltveiligheden selectiviteit bestaat als hun nominale stroomverhouding groter is dan 1,6:1, onafhankelijk van het fabrikaat. Installatie met automaattechieken Bij automaattechnieken wordt gesproken van stroomselectiviteit en van tijdselectiviteit. Uit de stroom-tijdkarakteristiek (figuur 3, volgende pagina) blijkt dat, indien twee onvertraagd gestaffelde automaten in serie worden geplaatst, deze ten opzichte van elkaar selectief zijn tot een grensstroom Ig. Men noemt dit wel stroomselectiviteit. Indien de kortsluitstroom de grensstroom Ig niet overschrijdt, wordt volledige selectiviteit bereikt. Is de kortsluitstroom groter dan de grensstroom Ig, dan is er geen selectiviteit en zal één van de twee of zullen beide schakelaars gelijktijdig aanspreken en uitschakelen. Door een vermogenschakelaar met tijdvertraging toe te passen (figuur 4, volgende pagina) kan bij eenzelfde grensstroom als in de vorige situatie wel volledige selectiviteit worden verkregen. Dit wordt wel tijd-selectiviteit genoemd. Bij de keuze van de vertraging dient men uit te gaan van de leveranciersinformatie. De leverancier heeft tabellen samengesteld waar de onderlinge selectiviteit tussen vermogensschakelaars is aangegeven bij een bepaalde kortsluitstroom (Ig). Instelling van de tijdvertraging bij de vermogenschakelaar wordt gerealiseerd door een elektronisch beveiligingsblok. De consequentie van het vertragen van het uitschakelen van een overstroom kan zijn dat de foutstroom bij een sluiting op de hoofdrail langer aanwezig zal blijven. Dit laatste is zeker van belang, indien drie of meer vermogenschakelaars in serie staan, waarbij vertragingstijden van meer dan 100 ms kunnen optreden. Bij het dimensioneren van de installatie dient derhalve rekening gehouden

5

1-11-2011 11:56:08


-Figuur 3- Stroom/tijdkarakteristiek van een installatie met automaattechniek

te worden met de standtijd van de kortsluitstroom. We hebben hier te maken met de thermische en dynamische kortsluitvastheid van de installatie. Installatieautomaat en smeltveiligheden Figuur 5 laat een installatieautomaat zien met nageschakelde smeltveiligheid. Selectiviteit wordt bereikt als de patroon de stroom heeft afgeschakeld vóórdat de vermogenschakelaar aanspreekt. Bij vergelijking van de karakteristieken van de vermogenschakelaar en de smeltveiligheid in het gebied van kleinere overstromen tot de grensstroom Ig, ontstaan er geen selectiviteitproblemen. Figuur 6 laat een smeltveiligheid met nageschakelde installatieautomaat zien. Bij een kortsluitstroom kleiner dan Ig na het aanspreken van de vermogenschakelaar, zal afschakeling relatief zeer snel volgen. Met andere woorden: aanspreektijd en afschakeltijd zijn nagenoeg aan elkaar gelijk. Selectiviteit kan hier worden bereikt tot de grensstroom Ig. Echter, voor te verwachten kortsluitstromen groter dan Ig is dit niet meer het geval en kan de aanspreektijd veel korter zijn dan de afschakeltijd. De selectiviteit zal in dit geval steeds een bovengrens hebben, omdat de smeltveiligheid voor grotere kortsluitstromen altijd sneller zal zijn dan de vermogenschakelaar. Let wel: aanspreken van de installatieautomaat wordt, net als doorsmelten van een smeltveiligheid, onherroepelijk gevolgd door afschakelen als gevolg van de energiedoorlaatwaarde tijdens de kortsluiting.

 CONCLUSIE De ontwerper bepaalt vaak de keuze van opzet

6

TM1111_stam_2069.indd 6

-Figuur 4- Stroom/tijdkarakteristiek van een installatie met automaattechniek, voorzien van vermogenschakelaar met tijdvertraging

van de infrastructuur. Systeembekendheid speelt hierbij een belangrijke rol. De behandelende infrastructuren hebben alle voor- en nadelen. Dit zijn onder andere de verschillen in bedrijfszekerheid (spreiding of ‘single point of failure’), de gevolgen van veranderende capaciteitsvraag, de kortsluitcondities, verliezen ten gevolge van impedantie en investering. Het is van belang dat bij de keuze van de aanleg van een infrastructuur in een gebouw rekening wordt gehouden met de invloed van de kortsluitstromen. Het maken van een netwerkberekening is onvermijdelijk. Hierop kunnen verdeelinrichtingen worden geselecteerd en de onderlinge selectiviteiten van beveiligingscomponenten worden vastgesteld. Tussen smeltveiligheden onderling is een goede selectiviteit te waarborgen als een nominale stroomverhouding van 1,6:1 wordt aangehouden. Hierbij is men niet afhankelijk van een bepaald fabricaat, omdat de karakteristieken in normen zijn vastgelegd. In het ontwerpstadium is selectiviteit tussen patronen eenvoudig te realiseren. Voor het verkrijgen van selectiviteit tussen automaattechnieken is men afhankelijk van de informatie van de fabrikant. Betrouwbare tijdvertraging is alleen mogelijk bij installatieautomaten die zijn voorzien van elektronisch beveiligingsrelais. Het ontwerp van selectieve ketens is minder eenvoudig. Het maken van netwerkberekeningen is noodzakelijk om kortsluitstromen te kunnen vaststellen. Aan de hand van de berekende kortsluitstromen kan de selectiviteit worden bepaald. De fabrikaat/leverancier van automaattechnieken hebben standaard tabellen en/of grafieken samengesteld waarin

-Figuur 5- Stroom/tijdkarakteristiek van een installatie met automaattechniek en nageschakelde smeltveiligheid

-Figuur 6- Stroom/tijdkarakteristiek van een installatie met smeltveiligheid met nageschakelde installatieautomaat

valt af te lezen tot welke kortsluitwaarde een combinatie van beveiligingen selectief zijn ten op zichte van elkaar. Selectiviteit tussen patroon en installatieautomaten is alleen realiseerbaar als de nominale stromen van de beveiligingscomponenten voldoende ver uit elkaar liggen en de te verwachten kortsluitstroom binnen de uitschakeltijd valt van de eerste beveiliging.

 BRONNEN ABB: Electrical installation handbook – 4th edtion Schneider Electric: Complementary technical information guide 2010

TVVL Magazine | 11 | 2011 ELEKTROTECHNIEK

1-11-2011 11:56:13


Vertrouw op blauw

Warmtekrachtkoppeling

Zonne-energie

HR-ketels Utiliteit & Industrie

Gasabsorptiewarmtepompen

Buderus Blauw is een gevestigd begrip in de utiliteitsmarkt en in de industrie. Buderus staat voor hoogwaardige en innovatieve verwarmingssystemen. Met jarenlange ervaring in vrijwel alle landen van Europa. Met een krachtige kennis- en serviceorganisatie voor de juiste ondersteuning. En met steeds meer focus op toepassing van energiezuinige en duurzame technologie. Meer weten? Ga naar de nieuwe website of bel de Buderus Infolijn: 0570 602200. Vertrouw op blauw en kies voor de absolute zekerheid van Buderus.

www.buderus.nl

47200140 Adv TVVL 210x297.indd 1 TM1111_07_buderus.indd 7

20-01-11 09:49 4-11-2011 8:53:54


Er zijn nog te weinig goede alternatieven

Uitfasering van gloei- en halogeenlampen Begin 2009 heeft Brussel ingestemd met het aanscherpen van energie-eisen voor huishoudelijke elektrische apparaten, waaronder lampen. De Europese Commissie heeft de verkoop van bepaalde gloeilampen voor huishoudelijk gebruik verboden en maatregelen genomen om de kwaliteitseisen te verhogen. Dit gebeurt gefaseerd tot 2016. Nu al zijn diverse uitvoeringen gloeilampen en halogeenlampen niet meer verkrijgbaar. Conform Richtlijn 92/75/EEG van de Raad van de Europese Gemeenschappen staat inmiddels op nieuwe verpakkingen een keur aan algemene informatie, lampeigenschappen en gegevens over de energie-efficiëntie. Dit moet ook in de standaardproductinformatie zijn opgenomen. Wat is de status van deze uitfasering en welke alternatieven zijn beschikbaar? Ing. R. (Rienk) Visser – PLDA  GLOEILAMPEN Conform de verordening zijn alle matte gloeilampen in principe niet meer verkrijgbaar. Heldere gloeilampen zijn er alleen nog tot 45 W, dus in de praktijk tot en met 40 W. Maar vanaf september volgend jaar zijn ook deze gloeilampen helemaal niet meer verkrijgbaar. Een uitzondering vormen lampen van minder dan 7 W, die voor algemene toepassingen nauwelijks worden gebruikt. Omdat er voor buisvormige gloeilampen met lampvoet(en) S14, S15 en S19 nog geen alternatief beschikbaar is, geldt hiervoor alsnog een vrijstelling tot september 2013. Gloeilampen met een bijzonder doel, die niet geschikt zijn voor verlichting van een huishoudelijke ruimte, moeten als zodanig door de fabrikant op de verpakking worden aangemerkt conform artikel 8 van Richtlijn 2005/32/EG.

 HALOGEENLAMPEN De richtlijn is niet alleen van toepassing op gloeilampen maar ook op halogeenlampen en sommige uitvoeringen van compacte

8

TM1111_visser_2070.indd 8

fluorescentielampen met geïntegreerd voorschakelapparaat. Alle matte halogeenlampen, inclusief capsulelampen, worden al niet meer geproduceerd. Dit ondanks het feit dat ze niet inefficiënter zijn dan de heldere uitvoering. Voor de heldere versies is een uitfasering van toepassing tot 2016. Heldere laagspanningshalogeenlampen tot en met 100 W zijn tot september 2016 nog verkrijgbaar. Vanaf 2016 zijn deze lampen alleen nog verkrijgbaar tot en met 10 W. Voor de netspanningshalogeenlampen gelden veel strengere voorwaarden. Lampen tot en met 40 W zullen nog een jaar verkrijgbaar zijn, waarna de productie van alle uitvoeringen wordt gestopt. Uitzondering vormen lampen met vermogens van 750 W en hoger. Omdat capsulelampen met lampvoet G9 en buisvormige halogeenlampen met lampvoeten R7 vooralsnog geen energie-efficiëntere vervangers hebben, blijven deze lampen vooralsnog tot september 2016 in de handel.

 REFLECTORLAMPEN Voor reflectorlampen zijn in stap 2 van de

uitfasering (in 2010) nadere eisen vastgesteld. Het betreft lampen die tenminste 80% van de lichtstroom binnen een hoek van 120° uitstralen. Deze range is dus zeer groot. Tot nu toe zijn deze eisen echter nog niet officieel verschenen.

  OVERIGE LAMPTYPEN Vanaf september 2014 zullen er hogere kwaliteitseisen gelden voor alle gloeilampen, halogeenlampen en vervangende lamptypen, zoals spaarlampen en ledlampen. Naast de verordening voor niet-gerichte lampen voor huishoudelijk gebruik zijn in Verordening (EG) Nr. 245/2009 eisen vastgelegd voor het ecologisch ontwerp van: - fluorescentielampen zonder ingebouwd voorschakelapparaat; - hogedrukgasontladingslampen; - voorschakelapparaten en armaturen die deze lampen kunnen laten branden. Inmiddels is een aantal wijzingen vastgelegd in Verordening (EG) Nr. 347/2010.

TVVL Magazine | 11 | 2011 VERLICHTING

1-11-2011 11:59:42


VERKRIJGBARE VERVANGERS De lampenfabrikanten hebben inmiddels tal van alternatieven op de markt gebracht in de vorm van compacte fluorescentielampen met geïntegreerd voorschakelapparaat. In het algemeen worden deze wel spaarlampen genoemd. Deze naam mag echter alleen worden gebruikt als aan bepaalde voorwaarden uit de eerder genoemde Verordening wordt voldaan. Een ander alternatief zijn de led-lampen, die in een aantal uitvoeringen verkrijgbaar zijn. De meeste uitvoeringen hebben niet dezelfde afmetingen en eigenschappen als die van de gloeilampen, die ze geacht worden te vervangen. Vorm, afmetingen en uitvoeringsvorm kunnen bepalend zijn voor de toepassingsmogelijkheden. Voor een aantal andere uitvoeringsvormen zijn nog geen vervangende efficiëntere lampen verkrijgbaar, namelijk voor: - decoratieve lampen; - sfeerlampen in pasteltinten of goud-coating; - heldere halogeenlampen (capsule) met vermogens boven 60 W; - matte halogeenlampen (capsule).

  MINPUNTEN ALTERNATIEVEN Compacte fluorescentielampen met geïntegreerd voorschakelapparaat en led-lampen zijn energiezuinig en hebben een lange levensduur. Maar ze missen nog steeds een aantal gunstige eigenschappen van de gloeilamp. Minpunten zijn met name: - minder goede eigenschappen van kleurweergave; - mindere uitstraling (gloeilamp geeft ter plaatse van de gloeidraad een bepaalde gloed); - beperktere lichtstroom bij inschakelen; - geringere lichtopbrengst bij lage of hoge omgevingstemperaturen; - veel hogere aanschafkosten; - mogelijke kans op storing van andere apparatuur;

TVVL Magazine | 11 | 2011 VERLICHTING

TM1111_visser_2070.indd 9

- meestal niet dimbaar; - kwikhoudend (compacte fluorescentielampen).

 CONCLUSIES De uitfasering van gloeilampen, halogeenlampen en compacte fluorescentielampen met geïntegreerd voorschakelapparaat die niet voldoen aan energielabel A, heeft de nodige gevolgen voor de markt en de gebruikers. Voor veel uitvoeringen van deze typen lampen zijn nog steeds geen vervangende energiezuinige lamptypen verkrijgbaar in de vorm van spaaren led-lampen. Dit is vooral terug te voeren op hun vorm, afmetingen, lichtstroom en eigenschappen zoals dimbaarheid, kleurweergave en beleving. Voor sommige lamptypen met een bepaalde lampvoet waarvoor nog geen vervangende typen beschikbaar zijn, is vooralsnog een uitzondering gemaakt; voor andere lamptypen, zoals halogeencapsulelampjes, vreemd genoeg niet. Ook heeft het er alle schijn van dat

door de verlichtingsindustrie en overheid te gemakkelijk is gedacht over de acceptatie van afwijkende eigenschappen door de gebruikers. Dit betreft met name de kleurweergave-eigenschappen, de eigenschappen bij dimmen en de beleving van bepaalde lampen. Dat de lampen veel duurder zijn moet kennelijk worden geaccepteerd, omdat het energiegebruik geringer is en de levensduur veel langer. Dit geldt vooral voor de led-lampen. Deze zijn nog sterk in ontwikkeling. Er mag dan ook worden verwacht dat er nog efficiëntere en betere uitvoeringen beschikbaar zullen komen. Dit zou in de praktijk kunnen betekenen dat hiernaar de voorkeur uitgaat. Lampen die nu voor duurzaam gebruik bedoeld zijn, worden dan vervroegd van de hand gedaan. Ook zijn er nog steeds goedkope compacte fluorescentielampen als vervanger voor gloeilampen en halogeenlampen met een slechte arbeidsfactor (cos φ) en een hoge productie van hogere harmonischen. Hiervoor zijn inmiddels bepaalde eisen van toepassing. Voor led-lampen zijn deze er nog niet. In het algemeen kan worden opgemerkt dat vermindering van het energiegebruik voor verlichting een goede zaak is. Maar er zijn voor diverse situaties nog te weinig vervangingsmogelijkheden. Ook kan de kwaliteit van het licht nog lang niet altijd die van gloeilampen en halogeenlampen evenaren. Het is een bijzonder grote uitdaging voor de lampenfabrikanten om die kwaliteit alsnog te realiseren. De communicatie over de toepassingsmogelijkheden van de beschikbare alternatieven blijft ver achter bij de ontwikkelingen. Vooral de consument wordt nog teveel in het ongewisse gelaten over de keuze die moet worden gemaakt voor bepaalde toepassingen.

9

1-11-2011 11:59:50


Onderzoek naar hygrothermische gradiënten

Vloerverwarming in musea Dit artikel beschrijft het onderzoek naar temperatuur- en relatieve luchtvochtigheidgradiënten die ontstaan bij het gebruik van vloerverwarming in een museale omgeving. Voor het onderzoek is gebruik gemaakt van een testopstelling in een klimaatkamer, bestaande uit een proefvloer met vloerverwarming, een vitrine-prototype en diverse dummyobjecten. Uit de testen volgt dat de verticale temperatuurgradiënt onder de gemeten omstandigheden ongeveer 4 °C bedraagt en voornamelijk over de eerste 10 cm boven de vloer optreedt. Onder objecten kan de temperatuur oplopen tot 27 °C. Klimaatgevoelige objecten kunnen hierdoor versneld degraderen. Aanbevolen wordt onder andere om collectie die op de vloer geplaatst wordt thermisch te scheiden van de vloer. Ir. E. (Edgar) Neuhaus, Ingenieursbureau Physitec, dr. B. (Bart) Ankersmit, Rijksdienst voor het Cultureel Erfgoed, en dr.ir. H. (Henk) Schellen, Technische Universiteit Eindhoven

In een museum is een klimaat gewenst dat, naast thermisch comfort voor bezoekers, met name een gunstige invloed heeft op het behoud van de tentoongestelde objecten. Hiervoor wordt over het algemeen een stabiele en juiste relatieve vochtigheid (RV) nagestreefd. Grote fluctuaties, grote gradiënten en een te hoge of te lage temperatuur of RV kunnen risico’s voor de collectie opleveren [1, 2]. Voorbeelden van deze risico’s zijn mechanische breuk als gevolg van spanningen die ontstaan door verschillen in vochtgehalte of een verhoogd risico op (permanente) uitdroging als gevolg van een te lage RV. Een te hoge RV maakt schimmelgroei mogelijk of leidt tot versnelde corrosie. De eisen die aan het binnenklimaat gesteld werden, en soms nog worden, zijn veelal gebaseerd op een maximaal haalbare veiligheid

10

TM1111_neuhaus_2042.indd 10

voor vochtgevoelig materiaal. Dit betekent dat musea tegen hoge inspanningen aan die strenge streefwaarden proberen te voldoen, ook voor ruimten waarin zich minder vochtgevoelig materiaal bevindt. Om de zeer nauwe bandbreedtes in RV en temperatuur te kunnen handhaven waren bovendien vaak ingrijpende aanpassingen aan het gebouw nodig. Vanuit het oogpunt van collectiebehoud wordt het gebruik van vloerverwarming in verband gebracht met risico’s op het ontstaan van temperatuurgradiënten en lokale uitdroging van hygroscopische materialen. Bij de inrichting van expositiezalen wordt vaak collectie direct op de vloer geplaatst en gebruik gemaakt van vitrines. De vraag is dan ook of, als gevolg van de vloerverwarming, gradiënten ontstaan die onacceptabele risico’s voor de tentoongestelde objecten opleveren. Tevens wordt een

verhoogd transport van stof bevattende lucht verwacht als gevolg van de temperatuurgradiënten [3, 4]. Het onderzoek heeft dan ook tot doel gehad antwoord te vinden op de volgende vragen: 1. Wat zijn de typische temperatuurgradiënten in objecten bij plaatsing op de met vloerverwarming verwarmde vloer? 2. Wat zijn de typische temperatuurgradiënten in een min of meer open en gesloten vitrine bij plaatsing op de met vloerverwarming verwarmde vloer? 3. Wat is de invloed van vloerverwarming op het ventilatievoud van een vitrine?

 AANPAK Het onderzoek is uitgevoerd met behulp van een proefopstelling, opgesteld in een klimaatkamer van de Rijksdienst voor het

TVVL Magazine | 11 | 2011 KLIMAATBEHEERSING

1-11-2011 12:07:58


-Figuur 1- Het vitrine-prototype op de testvloer in de klimaatkamer (afbeelding links). Zichtbaar zijn de op de vloer geplaatste statieven met sensoren en diverse dummyobjecten. De afbeelding rechts toont een infraroodopname van de proefvloer met ingeschakelde vloerverwarming.

Cultureel Erfgoed. De klimaatkamer is in staat een ingestelde temperatuur en RV min of meer constant te handhaven. De klimaatkamer was gedurende de experimenten ingesteld op 20 °C en 50%RV. Om een expositiezaal met vloerverwarming zo goed mogelijk na te bootsen, is een proefvloer gebruikt waarin een elektrische vloerverwarming is opgenomen. Deze proefvloer bestaat uit een betonplaat met in de bovenlaag ingestorte vloerverwarming, afgewerkt met parket. De vloerverwarming is zo ingeregeld dat een zo goed mogelijke, stabiele oppervlaktetemperatuur van circa 25 °C ontstaat aan het parketoppervlak, wat overeenkomt met de te verwachten praktijksituatie in een museum met vloerverwarming. Op de proefvloer is een vitrineprototype geplaatst (zie figuur 1). De afmetingen van het gebruikte vitrine-prototype bedragen 1,85 x 0,6 x 0,6 m3 (hoogte x breedte x diepte), met een inhoud van circa 0,65 m3. De vitrine is opgebouwd uit negen losse glasplaten (dikte 5 mm) en drie houten profielen: een bodemprofiel, een middenprofiel en een bovenprofiel. De glasplaten vallen in sleuven, gefreesd in het profiel. De vitrine heeft geen bodemplaat. De luchtinhoud staat daarmee in open verbinding met de vloer. Van het vitrineprototype is eerst met behulp van CO2 het infiltratievoud gemeten, met uitgeschakelde en met ingeschakelde vloerverwarming. Op deze wijze is inzicht verkregen in de invloed van vloerverwarming op de luchtuitwisseling van de vitrine-inhoud met de omgeving. Hygrothermische stratificatie is gemeten door één statief in de vitrine en één statief buiten de vitrine op de vloer te plaatsen. Aan de statieven zijn temperatuursensoren bevestigd, verdeeld

TVVL Magazine | 11 | 2011 KLIMAATBEHEERSING

TM1111_neuhaus_2042.indd 11

over de hoogte, en tevens een gecombineerde temperatuur/RV-sensor. De temperatuursensoren zijn voorzien van een stralingsscherm, om de luchttemperatuur zo nauwkeurig mogelijk te meten. Op de vloer zijn meerdere dummyobjecten geplaatst. Met behulp van infraroodthermografie zijn bij een ingeschakelde vloerverwarming thermogrammen van de dummyobjecten gemaakt. Op deze wijze is de mate en het patroon van opwarming van de objecten vastgesteld.

 UITGANGSPUNTEN EN BEPERKINGEN Aangezien het onderzoek uitgevoerd is met behulp van een testopstelling en er meerdere aannamen nodig waren, wijken de verkregen meetresultaten waarschijnlijk enigszins af van de te verwachten praktijksituatie. Verschillen zijn onder andere te verwachten door de volgende omstandigheden: 1. In de klimaatkamer is getracht de klimatologische situatie in een expositiezaal na te bootsen (20 °C bij 50%RV). Door de beperkte geometrie van de meetopstelling

Testopstelling

zijn meerdere factoren, zoals luchtstromingen, luchtsnelheden, drukverschillen, het verwarmend vloeroppervlak en het verschil in oppervlaktetemperaturen, niet geheel natuurgetrouw na te bootsen. 2. Tijdens het onderzoek is opwarming van de vitrine door externe warmtebronnen, zoals verlichting, niet verondersteld. De geanalyseerde meetresultaten (temperatuur en RV) zijn verkregen bij een uitgeschakelde verlichting. 3. Voor het uitvoeren van de experimenten is gebruikgemaakt van een proefvloer met een beperkt oppervlak (circa 4 m2). Gesteld kan worden dat bij een groter vloeroppervlak met vloerverwarming, de praktijksituatie beter benaderd wordt en meer warmtestraling door de testobjecten ontvangen wordt. In de praktijk zal de vitrine in de expositiezaal meer warmtestraling aan de zijkanten ontvangen. Verwacht wordt dat de glasvlakken van de vitrine en daardoor ook het volume, meer kunnen opwarmen (zie ter illustratie figuur 2). 4. Warmteoverdracht kan geschieden via convectie (luchtstromingen), conductie

Praktijk

-Figuur 2- Schematische weergave van de door de vitrine ontvangen warmtestraling in de test- en praktijksituatie

11

1-11-2011 12:07:59


Meting

Infiltratievoud per uur [h-1]*

Infiltratievoud per dag [24h-1]

Vloer uit, vitrine ‘open’

0,08

2,01

Vloer aan, vitrine ‘open’

0,25

5,99

Vloer uit, vitrine ‘dicht’

< 0,01

0,17

Vloer aan, vitrine ‘dicht’

< 0,01

0,19

*de eenheid h-1 betekent maal per uur -Tabel 1- Resultaten van de infiltratievoudmeting van de vitrine

-Figuur 3- Detail van de met aluminiumtape afgetapede vitrine

(geleiding) en radiatie (straling). In de praktijksituatie zullen de oppervlaktetemperaturen van de omliggende vlakken als beglazing, wanden en plafond minder uniform zijn dan tijdens de test. In de klimaatkamer waren deze oppervlaktetemperaturen vrijwel uniform 20 °C. Deze variatie in oppervlaktetemperaturen kan, afhankelijk van de opstellocatie in de expositiezaal, invloed hebben op de temperatuur in de vitrine in verband met warmteoverdracht via straling. 5. De oppervlaktetemperatuur van de proefvloer is niet geheel constant, maar laat in de tijd een kleine fluctuatie van circa 0,5 °C zien als gevolg van het aan/uit-gedrag van de toegepaste regelaar. Ook de inblaasconditie van de klimaatkamer varieert enigszins (circa 0,2 °C). De gepresenteerde luchttemperaturen variëren daarom ook licht, al naar gelang de oppervlaktetemperatuur van de vloer en de inblaasconditie variëren.

 MEETRESULTATEN Infiltratievoudmeting vitrine Het infiltratievoud van de vitrine is gemeten onder vier verschillende omstandigheden: Meting 1: vloerverwarming uitgeschakeld, vitrine niet afgetaped; Meting 2: vloerverwarming ingeschakeld (oppervlaktetemperatuur circa 25 °C), vitrine niet afgetaped; Meting 3: vloerverwarming uitgeschakeld, vitrine afgetaped; Meting 4: vloerverwarming ingeschakeld (oppervlaktetemperatuur circa 25 °C), vitrine afgetaped. Met ‘afgetaped’ wordt bedoeld dat de naden

12

TM1111_neuhaus_2042.indd 12

Mate van luchtdichtheid

Infiltratievoud (bij benadering)

Infiltratievoud per dag [24h-1]

I Niet afgedicht

1 maal per uur of minder

≤ 24

II Middelmatig afgedicht

1 maal per 24 tot 36 uur

0,66..1

III Goed afgedicht

1 maal per 72 uur of meer

≥ 0,33

IV Hermetisch afgedicht

Zeer minimaal infiltratievoud**

≈0

**Infiltratie zal altijd plaatsvinden o.a. als gevolg van atmosferisch drukschommelingen -Tabel 2- Classificatie van de mate van luchtdichtheid van een vitrine volgens Raphael et al

van de vitrine zijn afgeplakt met aluminiumtape om de luchtdichtheid te verhogen. Hierbij is ook de aansluiting met de vloer afgeplakt (zie figuur 3). Het verhogen van de luchtdichtheid is gedaan om de mogelijke invloed op de optredende stratificatie vast te stellen. Tabel 1 toont de resultaten van de infiltratievoudmetingen voor de vier genoemde varianten. Bij een ingeschakelde vloerverwarming is het infiltratievoud van de vitrine circa drie maal zo hoog. Dit betekent dat een hogere stofafzetting in het interieur van de vitrine verwacht kan worden als gevolg van een grotere luchtuitwisseling, veroorzaakt door de vloerverwarming. Bij de afgetapede vitrine is het verschil in infiltratievoud vele malen kleiner dan bij de relatief open vitrine. Het aftapen van de naden van de vitrine heeft uiteraard een lager infiltratievoud tot gevolg: de luchtdichtheid van de vitrine is met een factor van circa 30 toegenomen. Hierbij moet vermeld worden dat de nietafgetapede vitrine op sommige posities kieren tussen de glasvlakken heeft van tot wel 2 mm breed. De berekende infiltratievouden onder de diverse omstandigheden geven een indicatie van het te verwachten infiltratievoud als dit type vitrine in een expositiezaal wordt toegepast. Het werkelijke infiltratievoud in de praktijksituatie zal enigszins afwijken van de gemeten waarden in de klimaatkamer als gevolg van belichting, een ander klimaat en drukschommelingen rond de vitrine. Daarnaast gaf de tijdens de meting gebruikte CO2-sensor enige warmte af, waardoor ook het vitrinevolume licht opwarmde. Deze opwarming

bedraagt volgens de metingen typisch 0,2 °C. Tabel 2 geeft een classificatie weer van de mate van luchtdichtheid, volgens Raphael en Davis [5]. Hieruit volgt dat de niet afgetapede vitrine geclassificeerd kan worden als matig afgedicht. De met aluminiumtape afgedichte vitrine kan geclassificeerd worden als goed afgedicht. Optredende luchtcondities en stratificatie De thermische stratificaties in en buiten de vitrine zijn gemonitord en geanalyseerd onder dezelfde vier omstandigheden als bij de infiltratievoudmeting (zie hiervoor). De luchttemperatuur is gemeten op vier verschillende hoogten in de vitrine en ook buiten de vitrine, namelijk op 0,1, 0,6, 1,1 en 1,6 meter boven de vloer. Op één locatie in en buiten de vitrine zijn de temperatuur en de RV gemeten om het absoluut vochtgehalte te kunnen berekenen. Op basis van dit berekende absoluut vochtgehalte en de gemeten temperaturen, is de RV over de diverse hoogten berekend. Bij de hierna geanalyseerde data was de CO2-sensor in de vitrine uitgeschakeld. Ook de verlichting in de klimaatkamer was uitgeschakeld. De resultaten van meting 1 laten in en buiten de vitrine nagenoeg dezelfde temperaturen zien. Figuur 4 geeft de gemeten temperaturen over de hoogte buiten en in de vitrine weer gedurende meting 2. Geanalyseerd is een periode van negen uur waarin in de klimaatkamer geen verstoringen aanwezig waren, zoals personen of ingeschakelde verlichting. Uit de grafieken valt op te maken dat door de ingeschakelde vloerverwarming een duidelijke thermische gelaagdheid ontstaat. De temperatuur in de vitrine ligt echter circa 1 °C

TVVL Magazine | 11 | 2011 KLIMAATBEHEERSING

1-11-2011 12:08:00


hoger dan buiten de vitrine. De thermische gelaagdheid die buiten de vitrine optreedt, is homogener verdeeld over de hoogte. In de vitrine bouwt de temperatuur zich sneller af als functie van de hoogte: de gemeten luchttemperatuur op 1,1 m en 1,6 m is nagenoeg gelijk. Figuur 5 toont de gemeten luchttemperatuur en de berekende RV als functie van de hoogte buiten en in de vitrine, op enig moment. Bij vloerverwarming wordt dicht bij de vloer uiteraard de hoogste temperatuur gemeten, zowel in als buiten de vitrine. De gelaagdheid treedt in de vitrine met name op in de eerste 0,1 m boven de vloer; boven een hoogte van 1,1 meter is de luchtconditie uniform te noemen. Figuur 6, op de volgende pagina, toont twee grafieken waarin de gemeten temperaturen en de berekende relatieve vochtigheden in de vitrine over de hoogte zijn weergegeven voor de vier verschillende varianten. De RV is berekend aan de hand van het absoluut vochtgehalte en de gemeten luchttemperaturen over de hoogte. Ook in deze visualisatie is zichtbaar dat de grootste gradiënt zich, bij een ingeschakelde vloerverwarming, over de eerste 0,1 m boven de vloer bevindt. Het RV-verschil bedraagt over de eerste 0,1 m circa 8%. Hoger dan 1,1 m zijn de luchtcondities min of meer uniform te noemen.

-Figuur 4- Weergave van de gemeten luchttemperaturen buiten de vitrine (a) en in de vitrine (b) over de hoogte, en de gemeten vloertemperatuur, gedurende een periode van negen uur

-Figuur 5- Temperatuur (rode curve) en berekende RV (blauwe curve) als functie van de hoogte, bij een ingeschakelde vloerverwarming

TVVL Magazine | 11 | 2011 KLIMAATBEHEERSING

TM1111_neuhaus_2042.indd 13

Infraroodthermografie Figuur 7, op de volgende pagina, toont een infraroodopname van een dummyobject die direct op de vloer geplaatst is. De oppervlaktetemperatuur van de vloer bedraagt gemiddeld 25 °C. De opname laat zien dat het object het sterkste opwarmt waar het vloercontact plaatsvindt, in deze opname circa 26 °C. Daarna bouwt de oppervlaktetemperatuur van het object zich af, hoger van de vloer, tot circa de ruimteluchttemperatuur van 20 °C. Behalve op delen die een groter zichtcontact met de vloer hebben, zoals de hals van de buste. Hier treedt lokaal weer opwarming op als gevolg van warmtestraling van de vloer. Figuur 7 toont ook een afbeelding van de buste kort nadat deze gekanteld is. De opname laat zien dat nabij het contactvlak met de vloer hogere temperaturen optreden. In dit geval is zichtbaar dat de temperatuur onder het object opgelopen is tot ruim 27 °C. Daar waar de vloer afgedekt wordt, door bijvoorbeeld een kunstobject dat direct op de vloer geplaatst wordt, zal de oppervlaktetemperatuur hoger oplopen dan ter plaatse van de niet-afgedekte vlakken. Dit is te verklaren doordat het vloeroppervlak daar minder goed warmte af kan staan door straling of convectie, waardoor locale warmteophoping plaatsvindt en de oppervlaktetemperatuur oploopt.

13

1-11-2011 12:08:02


-Figuur 6- Gemeten temperaturen (a) en de berekende RV (b) in de vitrine over de hoogte, weergegeven voor de vier verschillende metingen

-Figuur 7- Infraroodopname van een dummyobject, direct op de vloer geplaatst (a) en kort nadat deze gekanteld is (b)

Figuur 8 toont een zogenaamde hygrogram [4] van de buste op de vloer, waarin de relatieve vochtigheden nabij het oppervlak zichtbaar zijn. Dit hygrogram is berekend op basis van de oppervlaktetemperaturen die verkregen zijn uit het thermogram en de berekende absolute vochtigheid van de ruimte. Op het hygrogram is zichtbaar dat de RV nabij het contactoppervlak met de vloer circa 33% bedraagt als gevolg van de plaatselijke opwarming. De RV aan het oppervlak van de bovenzijde van het object bedraagt circa 50%. Het verschil in oppervlakte-RV voor dit object bedraagt in dit hygrogram circa 17%. Hygroscopische objecten kunnen dientengevolge ter plaatse van het contact met de vloer uitdrogen, waardoor het object lokaal kan vervormen of zelfs scheuren. Analyse van stofverplaatsingen Bij een ingeschakelde vloerverwarming is een hogere luchtuitwisseling gemeten dan bij een uitgeschakelde vloerverwarming. Aangezien de luchtstroom van de omgeving naar het inwendige van de vitrine toeneemt bij ingeschakelde

14

TM1111_neuhaus_2042.indd 14

vloerverwarming en deze luchtstroom de drager is van stofdeeltjes en andere verontreinigingen, zal de stofverplaatsing sterker zijn bij een ingeschakelde vloerverwarming. Een hoge mate van luchtdichtheid is daarom essentieel bij het doorgemeten type vitrine (zonder bodemplaat). De stofconcentratie buiten de vitrine is het hoogst te verwachten op en laag boven de vloer. Als gevolg van een schoorsteenwerking kan verwacht worden dat de lucht laag de vitrine binnentreedt en lucht hoog in de vitrine weer naar buiten treedt. De aandacht met betrekking tot kierdichting van de vitrine dient daarom extra uit te gaan naar de vloeraansluiting en aansluiting van de glasvlakken onderling en met het onderste en middelste profiel.

 CONCLUSIES EN AANBEVELINGEN Objecten in vitrines De gemeten klimatologische invloed van vloerverwarming op het vitrineluchtvolume is klein te noemen. De grootste opwarming

van de lucht treedt op in de luchtlaag dicht boven de vloer, tot op een hoogte van circa 0,1 m. Over deze hoogte bedraagt het temperatuurverschil circa 4 °C, met een bijbehorend verschil in RV van circa 9%. Op een hoogte groter dan 1,1 m is in de vitrine nagenoeg geen gradiënt meer gemeten. De luchttemperatuur is dan stabiel. In de vitrine is wel een lichte opwarming ten opzichte van de omgeving gemeten, tot circa 2 °C. Dit betekent dat als de ruimte geklimatiseerd wordt op 50%RV, de RV in de vitrine lager kan zijn, namelijk (afhankelijk van de hoogte) zo’n 44%, als gevolg van de lichte opwarming van het vitrinevolume. In de praktijk kan deze opwarming hoger zijn, door verlichting of een ander glastype, waardoor de RV in de vitrine lager kan worden. De mate van luchtdichtheid heeft nauwelijks invloed op de optredende gradiënt in de vitrine. Ten opzichte van een uitgeschakelde vloerverwarming, is een hogere luchtuitwisseling (infiltratievoud) gemeten. Hieruit kan geconcludeerd worden dat bij een ingeschakelde

TVVL Magazine | 11 | 2011 KLIMAATBEHEERSING

1-11-2011 12:08:05


vloer meer vervuiling de vitrine kan binnentreden. De mate van kierdichtheid heeft echter een veel grotere invloed op de luchtuitwisseling en daarmee op interne vervuiling van de vitrine. Aanbevolen wordt te zorgen voor een hoge mate van kierdichtheid van de vitrine. Bij het gebruikte vitrine-prototype is dit te verkrijgen door gebruik te maken van siliconenpakkingen ter plaatse van de beglazing in de profielen. Daarnaast zal de afdichting tussen de verstekgezaagde glasvlakken op de hoeken van de vitrine een belangrijke rol spelen. De hoeken van de glaspanelen kunnen afgedicht worden met een transparante kit. De aansluiting van het bodemprofiel met de vloer verdient speciale aandacht. Doordat de stofconcentratie over het algemeen laag bij de vloer het hoogst is, is hier de grootste stofinfiltratie te verwachten. Indien zeer klimaatgevoelig expositiemateriaal in de vitrine tentoongesteld wordt, dan wordt aanbevolen een laag isolatiemateriaal onderin de vitrine aan te brengen, eventueel af te dekken met een laag parket, zodat de visuele impact beperkt is. Volstaan kan worden met een isolatiedikte van circa 5 cm. Belangrijk is het om de vitrines in de praktijk niet overmatig aan te lichten met (halogeen) spots, om overmatige opwarming en temperatuur- en RV-schommelingen in de vitrine te vermijden. Objecten op de vloer Over de eerste 0,1 m boven de vloer is de grootste gradiënt gemeten als gevolg van een opgewarmde luchtstroom vanaf de vloer en het contact met de vloer. Daarna wordt de luchttemperatuur al gauw min of meer gelijk aan de ruimteluchttemperatuur, als gevolg van luchtmenging. De onderste 0,1 m van kunstobjecten die direct op de vloer geplaatst worden, ondervinden daarom de grootste gradiënt in temperatuur en relatieve vochtigheid aan het oppervlak. Wat bij deze opwarming de grootste rol speelt is de opwarming van het object ter plaatse van het contactoppervlak met de vloer. De oppervlaktetemperatuur ter plaatse van het contactoppervlak kan, afhankelijk van o.a. de grootte van het contactoppervlak en de thermische geleidbaarheid van het object, oplopen tot enkele graden boven de oppervlaktetemperatuur van het niet-afgedekte vloerdeel. De gemeten temperatuurverschillen over een object liggen in de orde grootte van 7 °C en de relatieve vochtigheidsverschillen die dientengevolge ontstaan, in de orde grootte van 17%. Hygroscopische of temperatuurgevoelige collectie dient dan ook niet direct op de vloer geplaatst te worden of thermisch gescheiden

TVVL Magazine | 11 | 2011 KLIMAATBEHEERSING

TM1111_neuhaus_2042.indd 15

-Figuur 8- Hygrogram van de buste, berekend op basis van het thermogram

te worden van de vloer met circa 0,05 m dik isolatiemateriaal. Over het algemeen kan gesteld worden dat vloerverwarming een verwarmingsysteem is waarbij mensen zich het meest comfortabel voelen. In de museale omgeving is vloerverwarming echter af te raden. Naast ongewenste opwarming van collectie, zorgt vloerverwarming namelijk voor een opwaartse luchtstroming vanaf de vloer. Hierdoor wordt vervuiling vanaf vloerniveau verspreid in de ruimte. Daarnaast is het risico op lekkage aanwezig als bijvoorbeeld in de vloer geboord wordt. Voor bestaande musea met vloerverwarming in de expositiezalen wordt aanbevolen de vloeren regelmatig te stofzuigen en bij de entree goede schoonloopmatten toe te passen. Daarnaast wordt aanbevolen de vloertemperatuur in expositiezalen gedurende het stookseizoen lager dan 25 °C te houden. Bij lagere temperaturen zal minder stofinmenging in de ruimte optreden. Indien klimaatgevoelige collectie op de vloer geplaatst is, dient de betreffende vloerverwarmingsgroep in temperatuur verlaagd of uitgeschakeld te worden. Met de testopstelling is getracht de praktijksituatie voor zover mogelijk te benaderen. Het blijft echter een benadering.

lijnen voor het museale binnenklimaat, Instituut Collectie Nederland, november 2009. 3. Camuffo, D., Pagan, E., Bernardi, A., Becherini F. (2004) The impact of Heating, Lighting and People in re-using Historical Buildings: a Case Study, Journal of Cultural Heritage, vol. 5, pag. 409-416. 4. Schellen, H.L. (2002) Heating Monumental Churches, Indoor Climate and Preservation of Cultural Heritage, Dissertatie, Technische Universiteit Eindhoven, ISBN 90-3861556-6. 5. Raphael, T., Davis, N. (1999) Exhibit Conservation Guidelines, U.S. National Park Service, Division of Conservation.

 LITERATUURLIJST 1. Ashrae (2011) Museums, galleries, archives, and libraries (Chapter 23), Ashrae handbook: Heating, ventilating, and air-conditioning applications, American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers, pag. 23.1-23.23. 2. Ankersmit, B. (2009) Klimaatwerk; richt-

15

1-11-2011 12:08:06


‘Concept kennistheorie’ en morfologische overzichten

Duurzame energieconcepten Het ontwerpen van gebouwen is complex en vereist multidisciplinaire teams. Om dit te ondersteunen is in het kader van een promotieonderzoek een integraal ontwerpmethode ontwikkeld. De ‘concept kennistheorie’ (C-K-theorie) van Hatchuel en Weil is gecombineerd met integraal ontwerpen. Morfologische overzichten vormen een hulpmiddel om het ontwerpproces te ordenen. Bovendien vergemakkelijken ze de communicatie tussen ontwerpteamdeelnemers. C-K-theorie biedt een theoretisch kader voor reflectie binnen het integraal ontwerpproces. Prof.ir. W (Wim) Zeiler, TU/e Faculteit Bouwkunde en dr.ir. P (Perica) Savanovic, SBR

Er is behoefte aan verbetering van de samenwerking tussen de ontwerpende disciplines die gezamenlijk verantwoordelijk zijn voor de totstandkoming van gebouwontwerpen. Door een betere samenwerking ontstaan kwalitatief beter doordachte en innovatieve ontwerpen die efficiënter in duurzame gebouwen kunnen worden omgezet. Hierbij ligt de focus meer op het creëren van kwalitatief hoogwaardige oplossingen/oplossingsrichtingen dan op het oplossen van problemen. Zo wordt het uiteindelijk ook mogelijk om de hoge faalkosten in de bouw te verminderen. Die bedragen volgens verschillende onderzoeken 5 tot 10% van de totale omzet. De belangrijkste beslissingen tijdens het ontwerpproces worden genomen in de conceptuele fase. Dit terwijl er nog onvoldoende informatie en kennis beschikbaar is. Daardoor wordt vaak niet gedacht aan het toepassen van duurzame energie en komen die mogelijkheden pas later in het ontwerpproces aan bod.

  NIEUWE OPZET Binnen deze context is in het jaar 2000 het project ‘Integraal Ontwerpen’ door TVVL

16

TM1111_zeiler_2054.indd 16

geïnitieerd. Als vervolg op dit tweejarige onderzoekstraject, waarin ook enkele workshops in de verschillende regio’s gehouden werden, zijn in 2004 twee eendaagse (proef) workshops georganiseerd in het kader van het programma DEN [1]. De workshops ‘Inpassen duurzame energie in het ontwerpproces van de gebouwde omgeving’ werden georganiseerd in samenwerking met het Kenniscentrum Building and Systems TNO-TU/e (KCBS), de Bond van Nederlandse Architecten (BNA) en de Nederlandse organisatie van raadgevende ingenieurs (NL Ingenieurs) [2]. De analyses en conclusies van deze onderzoeken hebben geleid tot een nieuwe onderzoeksopzet in het kader van een promotietraject aan de TU/e [3]. Op basis van een beschrijvend model van het ontwerpproces, het Methodisch Ontwerpen van Van den Kroonenberg [4], is een methode ontwikkeld om de rol van de ontwerper als beschrijver en/of als observator van het ontwerpproces binnen een voorschrijvende methode [5] te laten plaats vinden. Door deze twee rollen expliciet te combineren is een hoge mate van reflectie binnen het ontwerpproces mogelijk. Methodisch Ontwerpen is gekozen

als startpunt omdat het een aantal bijzondere eigenschappen bezit: het is een oplossingsgerichte methode waarbij onderscheid gemaakt wordt tussen strategieën, fasen en activiteiten.

  MORFOLOGISCHE KAARTEN Een belangrijk element bij het Methodisch Ontwerpen is het gebruik van morfologische kaarten als ontwerpgereedschap. Door hiervan gebruik te maken kan per individuele discipline interpretatie van de ontwerpopgave en bijbehorende deeloplossingen verduidelijkt worden. Deze kaarten kunnen vervolgens, in een teamproces, bijgevoegd worden tot een totaal morfologisch overzicht van mogelijke deeloplossingen. Essentieel is dat deze discipline gebonden deeloplossingen gestructureerd zijn op basis van gezamenlijke interpretatie van de opgave. Het team moet het dus eens zijn over de functies en aspecten uit individuele morfologische kaarten die van belang zijn om in het morfologisch overzicht op te nemen. Vanzelfsprekend wordt dit gaandeweg het proces iteratief aangepast. Maar deze eerste stap is cruciaal voor de vorming van gedeeld begrip. In de tweede stap kunnen

TVVL Magazine | 11 | 2011 INTEGRAAL ONTWERPEN

1-11-2011 12:12:31


-Figuur 1- De individuele oplossingsruimte versus de oplossingsruimte van het ontwerpteam en het resulterende gestegen aantal van mogelijke oplossingen en hun interacties

vervolgens de bijbehorende deeloplossingen worden geselecteerd. Het morfologisch overzicht is een manier om de interpretatie van de ontwerpopgave te visualiseren en de aanwezige domeinkennis in beeld te brengen; de feitelijke co-evolutie van het probleem (benodigde functies en de te vervullen aspecten) en oplossingsruimte (de deeloplossingen die aangedragen worden door de verschillende disciplines). Door de continue interactie tussen de probleemruimte en de oplossingsruimte ontstaat binnen ontwerpteams een reflectieve conversatie tussen de ontwerpers over het ontwerp. Daarbij wordt constant gewisseld tussen de beschrijvende en observerende rol van de ontwerper. De voorgestelde methode combineert dus elementen van een voorschrijvende ontwerpmethode met die van een beschrijvende ontwerpmethode.

 SPINNENWEB VAN MOGELIJKHEDEN

-Figuur 2- Het C-K-ontwerpkwadrant [6, 7, 8]

Meestal denkt een ontwerper direct bij het lezen van het programma van eisen aan een beperkt aantal oplossingen, vaak maar één, dat verder de basis vormt voor het variëren van de oplossingen (figuur 1a). Hierdoor wordt slechts een deel van de mogelijke oplossingsruimte gebruikt (figuur 1b). Dat komt doordat iedere ontwerper nu eenmaal slechts kennis heeft van een beperkte oplossingsruimte (figuur 1c). Deze overlapt slechts gedeeltelijk met de oplossingsruimte van ontwerpers uit andere disciplines (figuur 1d). Door deze oplossingsruimten in beeld te brengen ontstaan er verschillende oplossingsmogelijkheden (figuur 1e). Door de interactie tussen de verschillende ontwerpers ontstaat er als het ware een spinnenweb van mogelijkheden in de totale oplossingsruimte (figuur 1f). Hierdoor wordt de kans om kansrijke oplossingen over het hoofd te zien verkleind. Door de koppeling te maken met de C-K-theorie [6] wordt het mogelijk om een onderscheid te maken tussen de wereld van kennis, de bekende oplossingsruimten en de wereld van concepten, onbekende mogelijkheden. Hierbij zijn concepten díe proposities waarvan niet bepaald kan worden of ze al dan niet een logische status hebben. Dit is van belang om verschillende transformaties te kunnen definiëren, bijvoorbeeld van kennis naar kennis, K-K, of van kennis naar concepten, K-C; Hatchuel en Weil spreken hierbij over het C-K-kwadrant (figuur 2).

 ONTWERPSTAPPEN

-Figuur 3- C-K-gebouwontwerpprocesschema

TVVL Magazine | 11 | 2011 INTEGRAAL ONTWERPEN

TM1111_zeiler_2054.indd 17

Als we deze abstracte benadering toepassen op het ontwerpproces van een gebouw dan leidt dit tot het schema (figuur 3) waarin alle ontwerpstappen benoemd zijn. Hierbij is verschil gemaakt in oplossingen die tot

17

1-11-2011 12:12:32


stand gekomen zijn door het combineren van bestaande deeloplossingen uit het morfologische overzicht (3) en oplossingen die tot stand komen door toevoegingen aan het morfologische overzicht (3’). Dit kunnen zowel extra functies of aspecten zijn als nieuwe deeloplossingen. Deze nieuwe toevoegingen ontstaan door de interactie van de ontwerpers naar aanleiding van de discussie en uitleg van de elementen van het morfologische overzicht. Hierdoor ontstaan dus oplossingen met bekende elementen die verder geoptimaliseerd kunnen worden (4) of oplossingen met onbekende elementen die eerst geëvalueerd en nader onderzocht dienen te worden (4’). We zien dus dat de transformaties van K-K en K-C kunnen optreden. Deze kunnen vervolgens via een volgende transformatie K-K respectievelijk C-K leiden tot ontwerpoplossingen. Bij de oplossingen bestaande uit bekende deeloplossingen spreken we over re-design en kennistransfer, terwijl bij de oplossingen met nieuwe deeloplossingen sprake is van nieuwe concepten en kenniscreatie. Alle transformaties van het C-K-kwadrant kunnen optreden. Door de procesweergave te koppelen aan het proces van het tot stand komen van het morfologische overzicht, ontstaat een integrale koppeling tussen de morfologische overzichten en C-K-theorie (figuur 4).

Uit de analyse van de resultaten bleek dat de oplossingsruimte bij de laatste ontwerpsessie van de workshopseries, waarin de deelnemers de morfologische overzichten gebruikten, inderdaad sterk vergroot was. Als voorbeeld wordt in figuur 6 het resultaat van sessie 1 (zonder morfologische kaarten en overzichten) vergeleken met die van sessie 4 (met gebruik van de morfologische kaarten en overzichten). De toename van het aantal beschouwde functies en aspecten maar ook een hoger aantal deeloplossingen, is duidelijk. Dit impliceert de vergrote oplossingsruimte.

  VERDER ONDERZOEK Wat echter opviel bij de analyse van de in

totaal elf ontwerpteams, is het ontstaan van weinig nieuwe concepten. De meeste oplossingen kwamen voort uit bekende deeloplossingen. Hierdoor wordt de oplossingsruimte van het ontwerpteam als geheel dus niet erg vergroot. Conclusie van het promotieonderzoek naar het integraal ontwerpen van duurzame energietoepassingen voor gebouwen was dat tijdens de experimenten in workshops met professionals uit de praktijk, deze voornamelijk bleven steken in bekende concepten. Verder onderzoek moet uitwijzen of de effectiviteit van integrale ontwerpworkshops verder vergroot kan worden door gebruik te maken van zogenaamde C-constructen, ook wel C-projectors genoemd. Deze gebruiken

 WORKSHOPS Dit concept is getest tijdens workshops waaraan professionals, leden van BNA (architecten) en ONRI (constructeurs, bouwfysisch adviseurs en klimaatadviseurs) deelnamen. De deelnemers werden verdeeld over verschillende ontwerpteams, waarbij het de bedoeling was dat iedere discipline binnen het ontwerpteam was vertegenwoordigd. Na verschillende settings te hebben getoetst, is er uiteindelijk gekozen voor een setting van twee dagen, waarin in totaal vier ontwerpsessies plaatsvonden (figuur 5). Deze setting werd tweemaal uitgevoerd, eenmaal in 2007 en eenmaal in 2008. De ontwerpsessies werden ingeleid en er werd de benodigde kennis overgebracht door lezingen aan het begin van de sessies. De ontwerpsessies werden afgesloten met presentaties van de ontwerpteams aan elkaar en een reflectie op de resultaten door de organisatoren. De twee series workshops zijn op video opgenomen en geanalyseerd met de morfologische analysemethode. Daarbij werd specifiek gekeken naar de interacties tussen de verschillende morfologische kaarten en het morfologische overzicht. In de eerste twee sessies maakten de deelnemers geen gebruik maken van morfologische kaarten. Er werd door analyse een morfologische representatie gemaakt van hun gezamenlijk proces.

18

TM1111_zeiler_2054.indd 18

-Figuur 4- Morfologische kaarten en resulterend morfologisch overzicht gekoppeld aan de C-Ktransformaties

-Figuur 5- Opzet van de verschillende ontwerpsessies tijdens de workshops Integraal Ontwerpen [3]

TVVL Magazine | 11 | 2011 INTEGRAAL ONTWERPEN

1-11-2011 12:12:33


Hatchuel en Weil in hun KCP (KnowledgeConcepts-Proposition) workshops [8] om het creëren van concepten te stimuleren. In het bijzonder beoogt dit onderzoek de geoptimaliseerde oplossingsruimte (figuur 7, links) van het integraal ontwerpteam te vergroten door met de C-constructen, de transformaties van K-C en C-K te stimuleren (figuur 7, rechts). De techniek achter het idee is het gebruik maken van morfologische overzichten om het kennisdomein inzichtelijk te maken. Een volgende stap is om met de opzet van C-constructs verbindingen te maken tussen C en K, waardoor nieuwe concepten ontstaan die leiden tot nieuwe oplossingen voor het toepassen van duurzame energie in de gebouwde omgeving. Deze C-constructs zijn domein vreemde concepten. Ze worden gebruikt als bron van inspiratie om door onderzoek een relatie te leggen met bestaande domeinkennis. Zo kunnen de haalbaarheid van concepten die daaruit voortvloeien worden aangetoond en daarmee getransformeerd naar nieuwe kennis. Het beoogde effect van de ‘C-projectors’ is een expansie van de oplossingsruimte in C, waarna via evaluatie en onderzoek de transformatie C-K tot stand kan komen (figuur 8). De KCP-workshops zijn bij verschillende bedrijven in Frankrijk toegepast en meer recentelijk bij Volvo in Zweden [9]. Het is dus een veel belovende richting voor vervolgonderzoek. De voorgestelde aanpak is gebaseerd op de Integraal Ontwerp workshops die in Nederland worden gehouden. Hieraan worden nu elementen toegevoegd van de in Frankrijk toegepaste KCP (Knowledge Concept Proposition) workshops voor innovatie. Deze workshops zijn gebaseerd op de C-K-theorie en zijn uitgetest bij een aantal grote Franse ondernemingen. Door gebruik te maken van de structuur van de KCP-workshops kunnen, in plaats van slechts te werken vanuit alleen het bekende (K), ook alternatieven worden gegenereerd door gebruik te maken van geconstrueerde concepten (C). Elementen van het KCP-workshopconcept kunnen mogelijk toegepast worden in combinatie met de ontwikkelde Integraal Ontwerp workshop met zijn morfologische overzichten. Hierdoor wordt de oplossingsruimte van het ontwerpteam vergroot.

Workshopreeksen Integraal Ontwerpen 2005 ‘Learning by doing’, projectnummer 006.40153, projectnaam B987C KC duurzame energie, 20 december 2005. 2. Savanović P., Zeiler W., Quanjel E.M.C.J, Loomans M.G.L.C, Renier B., Boon J.A., 2006, Workhops integraal ontwerpen. TVVL Magazine, 35(6), 46-49. 3. Savanović P., 2009, Integral design method in the context of sustainable building design, PhD thesis, Technische Universiteit Eindhoven 4. Kroonenberg H.H. van den, Siers, F.J. 1992, Methodisch ontwerpen, Educaboek BV, Culemborg, (Dutch). 5. Savanović P., Zeiler W., 2009, Integral Design Method for conceptual building design, International Conderence on Engineering Design, ICED’09, 24 - 27 august 2009, Stanford university, Stanford, CA, USA

6. Hatchuel A. and Weil B., 2003, A new approach of innovative design: an introduction to C-K theory, 14th International Conference on Engineering Design, Stockholm 7. Hatchuel A., Weil B., LeMasson P., 2009, Design theory and collective creativity: a theoretical framework to evaluate KCP process, Proceedings International Conference on Engineering design, ICED’09, 24-27 augustus, Stanford 8. Hatchuel, A. and Weil, B. 2009, C-K design theory: an advanced formulation, Research in Engineering Design, Vol.19, No.4, pp 181-192 9. Elmquist M., Segrestin B., 2009, Sustainable development through innovative design: lessons from the KCP method experimented with an automotive firm, International Journal of Automotive technology Management, 9 (2) pp.229-244

-Figuur 6- Vergelijking van het gemiddelde aantal aspecten en deeloplossingen dat gegenereerd werd door de ontwerpteams in ontwerpsessie 1 (zonder) en ontwerpsessie 4 (met mofologische tools)[3]

-Figuur 7- Geoptimaliseerde oplossingsruimte integraal ontwerpteam (links)en vergroting van de oplossingsruimte door transformaties van K-C en C-K (rechts)

 VERANTWOORDING Dit onderzoek is mogelijk gemaakt door financiële ondersteuning vanuit PIT, stichting Promotie Installatietechnologie.

 LITERATUUR 1. Savanović P., Zeiler W., Loomans M.G.L.C., Borsboom W.A., 2005, BNA, ONRI en Kenniscentrum KCBS TNO-TU/e

TVVL Magazine | 11 | 2011 INTEGRAAL ONTWERPEN

TM1111_zeiler_2054.indd 19

-Figuur 8- De transformaties tussen ruimte C en ruimte K door het gebruik van C-constructen [8]

19

1-11-2011 12:12:35

TVVL magazine november 2011  

TVVL magazine november 2011